(57)【要約】【課題】導光板の光偏向面に形成される光偏向要素を隠蔽し、且つ、画面の視野角を歪ませることなく、正面方向の輝度を向上させる隠蔽構造体を備える照明装置並びに該照明装置を用いた表示装置を提供する。【解決手段】本発明の照明装置は、光源と、光源から入射した光を射出面から射出する導光体と、隠蔽構造体とを備え、該導光体の射出面と対向する面には、光源から入射した光を射出面へと導く光偏向要素が第１の方向と第２の方向と、二次元方向に規則的に形成される。隠蔽構造体は二次元方向に規則的に形成された光偏向要素を隠蔽する機能を有し、該隠蔽構造体は入射した光を前記第１の方向に対して角度θの方向へと傾いた線状光へと変換する。【選択図】図１
2011086719.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源から射出される光を入射する入射面と、前記入射光を観察者側へと射出する射出面と、入射光を前記射出面へと導く光偏向面と、を備えた導光体と、
前記射出面とは反対側の面から射出する光を反射して前記導光体へと導く反射シートと、
隠蔽構造体と、
を少なくとも備えた照明装置であって、
前記光偏向面には、前記導光体に入射された光を前記射出面側へと導く光偏向要素を備え、
前記光偏向要素は、第１の方向に第１のピッチＰ１で略等間隔に配列し、
また前記第１の方向とは略直交する第２の方向に第２のピッチＰ２で略等間隔に配列してなる二次元配列で配置され、
前記隠蔽構造体は、第１主面と第２主面とを備え、
前記第１主面には、少なくとも一方向に配列された線状レンズを備え、
前記第１の線状レンズが延在する方向が、任意の方向Ｘに対して５度以上４５度以下の範囲で傾いて配置され、
前記方向Ｘが、前記第１の方向、または前記第２の方向の何れかの方向と一致してなることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記方向Ｘが前記第２の方向と一致し、
前記第１の線状レンズが延在する方向と、前記方向Ｘとのなす角度θ１が、以下の式１で定義されてなることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【数２７】
2011086719.tif 000032
【請求項３】
前記導光体は、屈折率がｎ０、その厚みがｔであり、
前記第１の線状レンズは、屈折率がｎ１であり、断面形状が丸みを帯びた頂部と、湾曲側面を有する凸レンチキュラーレンズ形状であって、
前記湾曲側面の任意の点における接線と、前記第１主面とのなす角は、前記頂部から第１主面に至るにつれ大きくなり、その最大角αが以下の式２で定義されてなり、ここでsinθｉは以下の式３、及び式４によって定められることを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
【数２８】
2011086719.tif 000033
【数２９】
2011086719.tif 000034
【数３０】
2011086719.tif 000035
【請求項４】
前記方向Ｘが前記第１の方向と一致し、
前記第１の線状レンズが延在する方向と、前記方向Ｘとのなす角度θ２が、以下の式５で定義されてなることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【数３１】
2011086719.tif 000036
【請求項５】
前記導光体は、屈折率がｎ０、その厚みがｔであり、
前記第１の線状レンズは、屈折率がｎ１であり、断面形状が丸みを帯びた頂部と、湾曲側面を有する凸レンチキュラーレンズ形状であって、
前記湾曲側面の任意の点における接線と、前記第１主面とのなす角は、前記頂部から第１主面に至るにつれ大きくなり、その最大角αが以下の式６で定義されてなり、ここでsinθｉは以下の式７、及び式８によって定められることを特徴とする請求項４に記載の照明装置。
【数３２】
2011086719.tif 000037
【数３３】
2011086719.tif 000038
【数３４】
2011086719.tif 000039
【請求項６】
前記隠蔽構造体は、前記線状レンズの配列方向による断面形状は、丸みを帯びた頂部と、前記頂部から前記第１主面に至る湾曲線を有し、前記断面形状における任意の点の接線と、前記第１主面とのなす角度は、前記頂部から前記第１主面に至るにつれ大きくなる凸湾曲形状であって、
前記線状レンズは、前記射出面より射出された光の一部を、前記第１の方向に対して角度θの方向に沿うように、線状に前記第１主面の法線方向へと変換して射出し、
前記線状レンズの前記断面形状における各点の接線と、前記第１主面とのなす最大角度をα、前記線状レンズの屈折率をｎ１であり、
前記導光体の厚みはｔ、屈折率をｎ０であり、
前記光偏向要素のうち、前記光源近傍に配置された前記光偏向要素の平均直径、または幅をＤとしたとき、
以下の式９、及び式１０を満足し、ここで式１０に示される変数Ｌは式１１によって決定され、式１１に示される角度θｉは、前記線状レンズの最大角αと、式１２の関係であることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【数３５】
2011086719.tif 000040
【数３６】
2011086719.tif 000041
【数３７】
2011086719.tif 000042
【数３８】
2011086719.tif 000043
【請求項７】
前記隠蔽構造体の前記第２主面側に、略ランバート光を射出する点光源を、射出光の主軸と該第２主面の法線方向とが略一致するよう配置した場合において、
前記第２主面より入射した光のうち、前記第１主面の法線方向へと変換されて射出される光は、前記点光源の直上を中心に、前記線状レンズの配列方向に広がる線状光に変換され、
前記線状光のピーク輝度位置は、前記点光源の直上である前記隠蔽構造体を備えることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の照明装置。
【請求項８】
前記線状光のピーク輝度位置が、前記点光源の直上以外に存在し、
前記点光源の直上輝度をＬ０、ピーク輝度をＬ１としたとき、Ｌ１／Ｌ０が２００％以下である前記隠蔽構造体を備えることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の照明装置。
【請求項９】
前記線状レンズの断面形状が以下の式１３によって定義されることを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載の照明装置。
ここで数１３は、前記線状レンズの単位レンズピッチを１と正規化した際の式であり、
ｚは前記線状レンズの高さ方向の位置関数、rは前記線状レンズの幅方向位置変数である。
【数３９】
2011086719.tif 000044
【請求項１０】
前記第１のピッチＰ１と前記第２のピッチＰ２との比であるＰ２／Ｐ１が、１．４＜Ｐ２／Ｐ１＜２．２の範囲に設定されてなることを特徴とする請求項１から９の何れか１項に記載の照明装置。
【請求項１１】
前記第１のピッチＰ１と前記第２のピッチＰ２との比であるＰ１／Ｐ２が、１．４＜Ｐ１／Ｐ２＜２．２の範囲に設定されてなることを特徴とする請求項１から９の何れか１項に記載の照明装置。
【請求項１２】
前記光偏向要素は、前記第１の方向に前記第１のピッチＰ１のｎ倍で配列し、
また前記第１の方向とは略直交する前記第２の方向に前記第２のピッチＰ２のｍ倍で配列してなる二次元配列で配置され、
ｎまたはｍは１から１０の整数値をランダムに選択してなることを特徴とする請求項１から１１の何れか１項に記載の照明装置。
【請求項１３】
前記光偏向要素は、近接した３点の該光偏向要素を結んで描かれる三角形が略正三角形となる六方配置、または六方配置から任意の前記光偏向要素を除去した配置となることを特徴とする請求項１から１２の何れか１項に記載の照明装置。
【請求項１４】
前記隠蔽構造体の第１主面側に、スプリット構造体を備え、
前記スプリット構造体は、第３主面と第４主面とを有し、
前記第３主面には、少なくとも一方向に配列されたスプリットレンズが配置されてなり、前記第４主面より入射した光の一部を、前記第２の方向に沿うように、点状に、または線状に前記第３主面の法線方向へと変換して射出することを特徴とする請求項１から１３の何れか１項に記載の照明装置。
【請求項１５】
請求項１から１４の何れか１項に記載の照明装置の観察者側に、
ヘイズ値が３０％以上８５％以下である拡散性光学シートを備えることを特徴とする照明装置。
【請求項１６】
請求項１から１５の何れか１項に記載の照明装置と、
表示画像を規定する画像表示素子と、
を有することを特徴とする表示装置。
【請求項１７】
前記拡散性光学シートが偏光分離反射機能を有することを特徴とする請求項１６に記載の表示装置。
【請求項１８】
前記表示素子が、画素単位での透過／遮光に応じて表示画像を規定することを特徴とする請求項１６、または請求項１７に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に照明光路制御に使用される導光体、及び隠蔽構造体を備えた照明装置並びに表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近の大型液晶テレビやフラットディスプレイパネル等においては主に、直下型方式の照明装置と、エッジライト方式の照明装置とが採用されている。直下型方式の照明装置は、光源として複数の冷陰極管やＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）が、パネルの背面に規則的に配置される。液晶パネル等の画像表示素子と光源との間には、光散乱性の強い拡散板が用いられ、光源としての冷陰極管やＬＥＤが視認されないようにしている。【０００３】
一方、エッジライト方式の照明装置は、複数の冷陰極管やＬＥＤが、導光板と呼ばれる透光性の板の端面に配置される。一般的に、導光板の射出面（画像表示素子と対向する面）の逆側の面（光偏向面）には、該導光板の端面から入射する入射光を効率良く射出面へと導く光偏向要素が形成される。光偏向面に形成される光偏向要素としては例えば白色のドットパターンが印刷されたもの、あるいは、レンズ形状が付与されたもの等、効率よく射出面へと導くために様々な光偏向要素が提案されている。【０００４】
しかしながら、エッジライト方式は、導光板の端面にのみ光源が配置される構造のため、光源設置数に限界がある。従って液晶表示装置が大型になるにつれ、ディスプレイ全体を明るくすることは難しくなり、輝度を向上させる光学シートの役割が重要となる。【０００５】
液晶表示画面の輝度を向上させる手段として、米国３Ｍ社の登録商標である輝度向上フィルム（Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ Ｆｉｌｍ：ＢＥＦ）がレンズシートとして広く使用されている。
図２８乃至図３０は下記特許文献１、２に記載された輝度向上フィルムを示すものである。図２８は、概略で面光源１８２と、光源１８２から出射した光を入射させる輝度向上フィルムとしてのＢＥＦ１８５と、液晶パネル１８４とが配設されている。図１８に示すように、ＢＥＦ１８５は、透明基材１８６上に断面三角形状の単位プリズム１８７が一方向に周期的に配列されてなる光学フィルムである。この単位プリズム１８７は光の波長に比較して大きいサイズ（ピッチ）に構成されている。【０００６】
ＢＥＦ１８５は、“軸外（ｏｆｆ-ａｘｉｓ）”からの光を集光し、この光を観察者に向けて“軸上（ｏｎ-ａｘｉｓ）”に方向転換（ｒｅｄｉｒｅｃｔ）または“リサイクル（ｒｅｃｙｃｌｅ）”させることができる。すなわちＢＥＦ１８５は、液晶表示装置の使用時（観察時）に、軸外輝度を低下させることによって軸上輝度を増大させることができる。ここで言う「軸上」とは、図２８において観察者の視野方向Ｆ’に一致する方向であり、一般的には液晶パネル１８４の表示画面に対する法線方向側である。【０００７】
また、ＢＥＦ１８５に代表されるレンズシートを用いる際に、透明基材上に拡散フィラーが塗布された拡散フィルムを導光板とレンズシートとの間に配置することによって、導光板から出射される光のムラを抑えることができる。【０００８】
さらにまた、レンズシートと液晶パネルとの間に拡散フィルムを配置した場合には、プリズムシートに起因する射出光のサイドローブを低減させることができるとともに、規則的に配列されたレンズと液晶画素との間に生じるモアレ干渉縞を防ぐことができる。【０００９】
ところで、エッジライト方式に使用される導光板は、上述したとおり、射出面とは逆側の面に光偏向面を備え、光偏向面には白色のドットパターンやマイクロレンズ（凹型、凸型）、その他レンズ形状の光偏向要素が形成される。【００１０】
しかしながら、どのような光偏向要素であっても、規則的に、または規則性を有する擬似不規則的に配列された反射層や構造物で形成されるため、上述のＢＥＦ１０２に代表されるレンズシートとの干渉（モアレ干渉縞）の問題や、光偏向面の光偏向要素が透けて見えることで、輝度ムラとして視認されるといった問題がある。その解決手段としては、導光板とレンズシートとの間に、特許文献４に示されるような拡散フィルムを使用する方法が一般的である。【００１１】
また、ＢＥＦ１８５は正面方向の輝度を向上させる最も効率的なレンズシートの１つではあるが、２０インチを超える中型乃至大型の液晶表示装置においては、ＢＥＦ１８５の集光性だけでは輝度が足りていないのが現状である。液晶表示装置の輝度を更に向上させる方法の一つとして例えばＢＥＦ１８５を２枚クロスに配置する方法が挙げられるが、液晶表示装置の視野角が極端に狭くなるという問題が生じる。ノートパソコンや携帯情報端末等に比べて、テレビ用途としての液晶表示装置は、正面方向以外からも観察されることが想定されるため十分な視野角が必要であり、特に画面水平方向に十分な視野角が必要となる。【００１２】
従って、光偏向面に形成される光偏向要素が透けて視認されないよう隠蔽するために、集光性をほとんど有さない拡散フィルムを配置せねばならないという問題と、集光性の光学シートとして、ＢＥＦ１８５を１枚使用する構成では、液晶表示装置に必要な輝度が得られないという問題がある。【００１３】
ところで、上述した拡散フィルムを使用せずに光偏向要素を隠蔽する手段として、特許文献５、及び特許文献６には、プリズムシートを光偏向要素が配列される方向に対して傾けることで光偏向要素の隠蔽を行う手段が開示されている。特許文献５においては、光偏向要素が配列される方向に対して１５度以上７５度以下の範囲でプリズムシートを傾け、且つ液晶表示装置の画素に対しても１５度以上７５度以下の範囲でプリズムシートが傾く構成を取るものである。また特許文献６においては、光偏向要素が配列される方向とプリズムシートの頂稜とが１０度以上７０度以下の範囲で交差する構成を取るものである。【００１４】
しかしながら、特許文献５においては、液晶表示装置の画素に対して１５度以上７５度以下の範囲で、特に最適角度として６３．５度、または２６．５度にプリズムシートを傾けたとき、光偏向要素の隠蔽性が最適であると記載されているが、液晶表示装置の画素配列に対してプリズムシートが大きな角度で傾くことになる。液晶表示装置の画素配列に対して傾くということは、画面の垂直・水平方向に対して傾くということであり、液晶表示装置の表示輝度が上下非対称に、または左右非対称に歪むという問題が生じる。そしてまた、プリズムシートを傾けない場合と比べて正面輝度が低下するという問題も生じる。【００１５】
一方で特許文献６においては、導光板の最近接である光偏向要素を結んだ形状が正三角形となる六方配置である場合、最近接の光偏向要素を結んだ直線（導光板上の仮想直線）と、レンズシートの直線状頂稜とが３０度で交差することが望ましいと開示されている。例えば特許文献６の図６を参照した場合、レンズシートの直線状頂稜の方向は、垂直方向に対して、±３０度の方向、及び水平方向の３種の方向となる。しかしながら、本発明者らの実験から、特許文献６による構成において、レンズシートの直線状頂稜を水平方向とした場合、十分な隠蔽性が得られないことを確認し、また、上述のように、レンズシートの直線状頂稜が垂直方向に対して±３０度となる方向とした場合、上述したとおり液晶表示装置の表示輝度が歪み、また正面輝度が低下するという問題も生じる。【００１６】
そしてまた、近年の液晶テレビ用の導光板は薄型化が図られ、また光偏向要素の配置間隔が広がっているため、特許文献５や特許文献６で示される構成のみでは隠蔽性が不足し、画面上から光偏向要素に起因する輝度ムラが視認されてしまう問題も生じている。従って、高い集光性と、光偏向要素が視認されない高い隠蔽性とを併せ持つ光学シートが、エッジライト方式の照明装置に求められており、そして高輝度で水平視野角が広く、表示輝度が歪まない照明装置が、液晶表示装置に求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特公平１−３７８０１号公報
【特許文献２】特開平６−１０２５０６号公報
【特許文献３】特表平１０−５０６５００号公報
【特許文献４】特開２００４−２９５０８０号公報
【特許文献５】特開平６−２６５７３２号公報
【特許文献６】特開平６−２８１９３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明は、上述のような従来の問題を解決するためになされたもので、導光板の光偏向面に形成される光偏向要素を隠蔽することで輝度ムラを低減し、且つ、表示装置の表示輝度を大きく歪ませることなく、正面方向の輝度を向上させる導光体、及び隠蔽構造体を備える照明装置並びに該照明装置を用いた表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は、上述の問題を解決するために、以下のような手段を講じる。
即ち、第１の発明は、光源と、前記光源から射出される光を入射する入射面と、前記入射光を観察者側へと射出する射出面と、入射光を前記射出面へと導く光偏向面と、を備えた導光体と、前記射出面とは反対側の面から射出する光を反射して前記導光体へと導く反射シートと、隠蔽構造体と、を少なくとも備えた照明装置であって、前記光偏向面には、前記導光体に入射された光を前記射出面側へと導く光偏向要素を備え、前記光偏向要素は、第１の方向に第１のピッチＰ１で略等間隔に配列し、また前記第１の方向とは略直交する第２の方向に第２のピッチＰ２で略等間隔に配列してなる二次元配列で配置され、前記隠蔽構造体は、第１主面と第２主面とを備え、前記第１主面には、少なくとも一方向に配列された線状レンズを備え、前記第１の線状レンズが延在する方向が、任意の方向Ｘに対して５度以上４５度以下の範囲で傾いて配置され、前記方向Ｘが、前記第１の方向、または前記第２の方向の何れかの方向と一致してなることを特徴とする照明装置である。【００２０】
第２の発明は、前記方向Ｘが前記第２の方向と一致し、前記第１の線状レンズが延在する方向と、前記方向Ｘとのなす角度θ１が、以下の式１で定義されてなることを特徴とする照明装置である。
【数１】
2011086719.tif 000003
【００２１】
第３の発明は、前記導光体は、屈折率がｎ０、その厚みがｔであり、前記第１の線状レンズは、屈折率がｎ１であり、断面形状が丸みを帯びた頂部と、湾曲側面を有する凸レンチキュラーレンズ形状であって、前記湾曲側面の任意の点における接線と、前記第１主面とのなす角は、前記頂部から第１主面に至るにつれ大きくなり、その最大角αが以下の式２で定義されてなり、ここでsinθｉは以下の式３、及び式４によって定められることを特徴とする照明装置である。
【数２】
2011086719.tif 000004
【数３】
2011086719.tif 000005
【数４】
2011086719.tif 000006
【００２２】
第４の発明は、前記方向Ｘが前記第１の方向と一致し、前記第１の線状レンズが延在する方向と、前記方向Ｘとのなす角度θ２が、以下の式５で定義されてなることを特徴とする照明装置である。
【数５】
2011086719.tif 000007
【００２３】
第５の発明は、前記導光体は、屈折率がｎ０、その厚みがｔであり、前記第１の線状レンズは、屈折率がｎ１であり、断面形状が丸みを帯びた頂部と、湾曲側面を有する凸レンチキュラーレンズ形状であって、前記湾曲側面の任意の点における接線と、前記第１主面とのなす角は、前記頂部から第１主面に至るにつれ大きくなり、その最大角αが以下の式６で定義されてなり、ここでsinθｉは以下の式７、及び式８によって定められることを特徴とする照明装置である。
【数６】
2011086719.tif 000008
【数７】
2011086719.tif 000009
【数８】
2011086719.tif 000010
【００２４】
第６の発明は、前記隠蔽構造体は、前記線状レンズの配列方向による断面形状は、丸みを帯びた頂部と、前記頂部から前記第１主面に至る湾曲線を有し、前記断面形状における任意の点の接線と、前記第１主面とのなす角度は、前記頂部から前記第１主面に至るにつれ大きくなる凸湾曲形状であって、前記線状レンズは、前記射出面より射出された光の一部を、前記第１の方向に対して角度θの方向に沿うように、線状に前記第１主面の法線方向へと変換して射出し、前記線状レンズの前記断面形状における各点の接線と、前記第１主面とのなす最大角度をα、前記線状レンズの屈折率をｎ１であり、前記導光体の厚みはｔ、屈折率をｎ０であり、前記光偏向要素のうち、前記光源近傍に配置された前記光偏向要素の平均直径、または幅をＤとしたとき、以下の式９、及び式１０を満足し、ここで式１０に示される変数Ｌは式１１によって決定され、式１１に示される角度θｉは、前記線状レンズの最大角αと、式１２の関係であることを特徴とする照明装置である。
【数９】
2011086719.tif 000011
【数１０】
2011086719.tif 000012
【数１１】
2011086719.tif 000013
【数１２】
2011086719.tif 000014
【００２５】
第７の発明は、前記隠蔽構造体の前記第２主面側に、略ランバート光を射出する点光源を、射出光の主軸と該第２主面の法線方向とが略一致するよう配置した場合において、前記第２主面より入射した光のうち、前記第１主面の法線方向へと変換されて射出される光は、前記点光源の直上を中心に、前記線状レンズの配列方向に広がる線状光に変換され、前記線状光のピーク輝度位置は、前記点光源の直上である前記隠蔽構造体を備えることを特徴とする照明装置である。【００２６】
第８の発明は、前記線状光のピーク輝度位置が、前記点光源の直上以外に存在し、前記点光源の直上輝度をＬ０、ピーク輝度をＬ１としたとき、Ｌ１／Ｌ０が２００％以下である前記隠蔽構造体を備えることを特徴とする照明装置である。【００２７】
第９の発明は、前記線状レンズの断面形状が以下の式１３によって定義されることを特徴とする照明装置である。
ここで式１３は、前記線状レンズの単位レンズピッチを１と正規化した際の式であり、ｚは前記線状レンズの高さ方向の位置関数、rは前記線状レンズの幅方向位置変数である。
【数１３】
2011086719.tif 000015
【００２８】
第１０の発明は、前記第１のピッチＰ１と前記第２のピッチＰ２との比であるＰ２／Ｐ１が、１．４＜Ｐ２／Ｐ１＜２．２の範囲に設定されてなることを特徴とする照明装置である。【００２９】
第１１の発明は、前記第１のピッチＰ１と前記第２のピッチＰ２との比であるＰ１／Ｐ２が、１．４＜Ｐ１／Ｐ２＜２．２の範囲に設定されてなることを特徴とする照明装置である。【００３０】
第１２の発明は、前記光偏向要素は、前記第１の方向に前記第１のピッチＰ１のｎ倍で配列し、また前記第１の方向とは略直交する前記第２の方向に前記第２のピッチＰ２のｍ倍で配列してなる二次元配列で配置され、ｎまたはｍは１から１０の整数値をランダムに選択してなることを特徴とする照明装置である。【００３１】
第１３の発明は、前記光偏向要素は、近接した３点の該光偏向要素を結んで描かれる三角形が略正三角形となる六方配置、または六方配置から任意の前記光偏向要素を除去した配置となることを特徴とする照明装置である。【００３２】
第１４の発明は、前記隠蔽構造体の第１主面側に、スプリット構造体を備え、前記スプリット構造体は、第３主面と第４主面とを有し、前記第３主面には、少なくとも一方向に配列されたスプリットレンズが配置されてなり、前記第４主面より入射した光の一部を、前記第２の方向に沿うように、点状に、または線状に前記第３主面の法線方向へと変換して射出することを特徴とする照明装置である。【００３３】
第１５の発明は、第１から第１４の発明の何れか１つに記載の照明装置の観察者側に、ヘイズ値が３０％以上８５％以下である拡散性光学シートを備えることを特徴とする照明装置である。【００３４】
第１６の発明は、第１から第１５の発明の何れか１つに記載の照明装置と、表示画像を規定する画像表示素子と、を有することを特徴とする表示装置である。【００３５】
第１７の発明は、前記拡散性光学シートが偏光分離反射機能を有することを特徴とする表示装置である。【００３６】
第１８の発明は、前記表示素子が、画素単位での透過／遮光に応じて表示画像を規定することを特徴とする表示装置である。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、導光体の光偏向面に形成された光偏向要素を隠蔽する隠蔽性を有し、且つ、表示装置の表示輝度を歪ませることなく、正面方向の輝度を向上させる導光体、及び隠蔽構造体を備える照明装置並びに該照明装置を用いた表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１の実施形態である表示装置の断面模式図である。
【図２】光偏向要素の配置例である。
【図３】光偏向要素の別の配置例である。
【図４】本発明の第１の実施形態である隠蔽構造体の上面図、及び断面図である。
【図５】本発明の凸レンチキュラーレンズの配列方向断面図である。
【図６】本発明の式１を説明する図である。
【図７】傾きのない凸レンチキュラーレンズの効果を示す図である。
【図８】本発明の隠蔽構造体の効果を示す図である。
【図９】本発明の式２〜式４を説明する図である。
【図１０】傾きのない凸レンチキュラーレンズの効果を示す図である。
【図１１】本発明の隠蔽構造体の効果を示す図である。
【図１２】本発明の式６〜式８を説明する図である。
【図１３】（ａ）傾きθが０度の場合の表示装置の視野角特性を説明する図である。          （ｂ）隠蔽構造体による表示装置の視野角歪みを説明する図である。
【図１４】（ａ）スプリット構造体による視野角歪みの低減を説明する図である。          （ｂ）本発明の表示装置の視野角特性を説明する図である。
【図１５】本発明の第2の実施形態である隠蔽構造体の上面図、及び断面図である。
【図１６】本発明の式９、式１０を説明する図である。
【図１７】本発明の式９、式１０を説明する図である。
【図１８】傾きのない凸レンチキュラーレンズの効果を示す図である。
【図１９】本発明の隠蔽構造体の効果を示す図である。
【図２０】本発明の隠蔽構造体にランバート光を入射した際の効果を示す図である。
【図２１】凸レンチキュラーレンズ形状を説明する図である。
【図２２】凸レンチキュラーレンズ形状を説明する図である。
【図２３】（ａ）凸レンチキュラーレンズ形状を説明する図である。          （ｂ）凸レンチキュラーレンズ形状を説明する図である。
【図２４】隠蔽構造体の別の実施例を示す斜視図である。
【図２５】隠蔽構造体の別の実施例を示す斜視図である。
【図２６】隠蔽構造体の別の実施例を示す斜視図である。
【図２７】隠蔽構造体の別の実施例を示す斜視図である。
【図２８】ＢＥＦの配置の一例を示す断面模式図である。
【図２９】ＢＥＦの斜視図である。
【図３０】光強度と視野方向に対する角度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
（第１の実施の形態）
以下、本発明の第１の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態における隠蔽構造体８を備える照明装置３、及び該照明装置３を具備する表示装置１の概略断面図であり、各部位の縮図は実際とは一致しない。
図１に示す表示装置１は、画像表示素子２と、この画像表示素子２の光入射側に臨ませて配置された照明装置３を備える。
照明装置３は、画像表示素子２の光入射側に臨ませて配置された、拡散性光学シート２８、スプリット構造体２０、本発明の隠蔽構造体８、導光体７、光源６、及び反射板５を少なくとも含んで構成される。
【００４０】
光源６としては例えば点光源が挙げられる。点光源としては、ＬＥＤ（発光ダイオード）が挙げられ、ＬＥＤとしては白色ＬＥＤや光の３原色である赤色、緑色、青色のチップで構成されるＲＧＢ−ＬＥＤ等が挙げられる。または光源６はＣＣＦＬ（冷陰極管）に代表される蛍光管であっても良い。図１では、光源６が導光体７の対向する２つの端面に配置された例を示しているが、これに限らず、１つの端面のみに配置する場合、または４つの端面に配置される場合などもあり得る。また導光体７の形状は、図１に示すような平板形状ではなく、楔形状等であっても良い。
【００４１】
導光体７の観察者側Ｆが射出面であり、射出面とは反対側の面には光偏向面１７が形成される。光偏向面１７には、光源６からの入射光を射出面側へと偏向する光偏向要素１８が形成され、光偏向要素１８としては、例えば白色拡散反射ドットが印刷される。また別の例としては、凹型、または凸型のマイクロレンズ形状やプリズム形状等の構造物が挙げられる。
【００４２】
一般的に導光体７は透明板であるため、このような光偏向要素１８は観察者側Ｆより視認される。また、直下型のバックライトとは異なり、導光体７からの射出光はムラが多く、均一な拡散光とは大きく異なる。そのため、エッジライト型の照明装置３においては、一般的に導光体７の射出面側には、この光偏向要素１８を隠蔽するため、また射出光のムラを低減するために、強い拡散性を有する拡散フィルム等が使用される。しかしながら、このような拡散フィルムはほとんど観察者側Ｆへの集光性を有していない。
【００４３】
図２に導光体７の光偏向面１７に形成される光偏向要素１８の配置例を示す。図２では光偏向要素１８の形状が円形で示されているがこれに限らず、楕円形状やプリズム形状、多角形状等であっても良い。
光偏向要素１８は、第１の方向にＰ１のピッチで配列され、第２の方向にＰ２のピッチで配列される二次元配置とされる。ここで第１の方向、及び第２の方向は、表示装置１の垂直視野方向、及び水平視野方向に対して任意に選択することが出来る。
【００４４】
図３には、光偏向要素１８の配置の別の例を示す。光偏向要素１８は上述と同様に、第１の方向にＰ１のピッチで配列され、第２の方向にＰ２のピッチで配列される二次元配置であるが、黒丸部は、任意に除去される。すなわち、黒丸部を除去する前は、図２に示される光偏向要素１８の配置と全く同義であり、光偏向要素１８は規則的に配置されるが、任意に選択された黒丸部を除去することで、擬似的に不規則な配置とすることを目的とする。特に光偏向要素１８の配列ピッチと、隠蔽構造体８、スプリット構造体２０等の構造ピッチとが同等から２〜３倍程度と近い値である場合、光偏向要素１８と導光体７の光射出面側に配置される隠蔽構造体８、スプリット構造体２０等とのモアレ干渉縞を抑制することが出来る。ここで第１の方向の配列ピッチはＰ１の整数（ｎ）倍で設定され、第２の方向の配列ピッチはＰ２の整数（ｍ）倍で設定される。ここでｎ、及びｍは１から１０の範囲の整数に設定される。ｎ、及びｍが１０を超えると、光偏向要素１８の間隔が大きくなりすぎるため、輝度ムラとして視認されるため望ましくない。
【００４５】
本発明の照明装置３には図４に示されるような隠蔽構造体８が配置される。図４は隠蔽構造体８の上面図、及び断面図である。隠蔽構造体８は、透光性の基材１３の第１主面１３ａに線状レンズ１４が配される。ここで線状レンズ１４としては例えばプリズムレンズや凸レンチキュラーレンズ等が挙げられる。以下、線状レンズ１４として、丸みを帯びた頂部と湾曲側面を有する凸レンチキュラーレンズ１４の場合について説明する。また基材１３の第２主面１３ｂにマイクロレンズ１９を備えても良い。導光体７の光射出面は一般的に平坦面であるため、隠蔽構造体８の第２主面１３ｂにマイクロレンズ１９を備えることで、導光体７と隠蔽構造体８との光学密着を防止することが出来る。また第２主面１３ｂを粗面化しても良く、粗面化した場合、マイクロレンズ１９を備えなくても良い。
【００４６】
光源６から導光体７に光を入射し、導光体７を観察者側Ｆから観察すると、光偏向要素１８がドット状に視認される。これは導光体７を導光する光が、光偏向要素１８によって拡散反射され、その拡散反射された光の一部が観察者側Ｆへと偏向され観察されるためである。そして導光体７の射出面に隠蔽構造体８を配し、観察者側Ｆから観察した際には任意の方向Ｘと直交する方向Ｙに対して角度θだけ傾いた方向に光が線状化（図４中Ｍ）されて視認される。つまり、隠蔽構造体８の第１主面１３ａに形成される凸レンチキュラーレンズ１４によって、導光体７から射出された光の一部が、第１主面１３ａの法線方向へ、すなわち観察者側Ｆへと変換されて射出されるためである。そしてその射出された光を観察者側Ｆから観察すると、図４に示されるように、方向Ｙに対して角度θだけ傾いた線状光Ｍとして視認される。
【００４７】
凸レンチキュラーレンズ１４は、導光体７から射出した光を線状光Ｍへと変換して射出し、線状光Ｍの延在する方向は凸レンチキュラーレンズ１４が配列する方向と略一致する。従って、凸レンチキュラーレンズ１４は任意の方向Ｘに対して角度θだけ傾いた方向に延在し、方向Ｙに対して角度θだけ傾いた方向に配列される。ここでθの方向は、図４では任意の方向Ｙから下向きで図示されているが、上向きへのθであっても良い。
【００４８】
図４に示されるように、凸レンチキュラーレンズ１４は方向Ｘに対して、角度θだけ傾いて延在する方向に配置され、傾き角度θの範囲としては５度から４５度、または−５度から−４５度である。ここで方向Ｘは上述した光偏向要素１８の配列方向である第１の方向、または第２の方向の何れかと一致する。
ここで角度θが５度未満の場合は、凸レンチキュラーレンズ１４が延在する方向と方向Ｘとは略平行である場合と大差ない。光偏向要素１８の隠蔽性向上効果が生じるに十分な、略平行ではない角度θとしては５度以上である。一方で、光偏向要素１８が配置される第１の方向と第２の方向とは略直交し、方向Ｘは第１の方向、及び第２の方向の何れかと一致するため、角度θの最大値は４５度である。
【００４９】
図５は隠蔽構造体８の、凸レンチキュラーレンズ１４が配列される方向における断面図である。凸レンチキュラーレンズ１４の湾曲側面の任意の点における接線と、第１主面１３ａとのなす角は、凸レンチキュラーレンズ１４の頂部から第１主面１３ａに至るにつれ大きくなり、その最大角度を最大角αとする。ここで最大角αの定義について、図２２を用いて説明する。図２２は本発明の凸レンチキュラーレンズ１４の形状の断面図である。最大角αは、凸レンチキュラーレンズ１４が第１主面１３ａに接する点Ｐａと、点Ｐａから頂部に向かった任意の点Ｐｂとを結んだ直線と、第１主面１３ａとのなす角度とする。ここで第１主面１３ａ上における点Ｐａと点Ｐｂとの距離は、単位レンズピッチＰＬ１に対して５％と定義する。凸レンチキュラーレンズ１４の断面における任意の点での接線と第１主面１３ａとのなす角度は、頂部においては約０度であって、第１主面１３ａに至るにつれ大きくなる湾曲形状である。従って、単位レンズが第１主面１３ａと接する点における接線と第１主面１３ａとのなす角度が最大となるが、レンズの屈折面の性能を評価する場合、ある１点での角度ではなく、有限領域の平均角度を考慮することが望ましい。本発明者らは凸レンチキュラーレンズ１４による線状化の機能や集光性などを評価するにあたり、最大角αを、単位レンズが第１主面１３ａに接する点から、単位レンズピッチＰＬ１に対して５％程度の領域での角度とすることが最も適当であると光学シミュレーション結果と実験結果とから判断し、このように定義する。
【００５０】
ここで、上述した方向Ｘと、光偏向要素１８がピッチＰ２にて配列される第２の方向とが一致した場合、レンチキュラーレンズ１４の延在方向と、方向Ｘとのなす角度θ１は以下の式１で定義される。
【数１４】
2011086719.tif 000016
【００５１】
式１について、図６から図８を用いて説明する。
図６は、凸レンチキュラーレンズ１４による光偏向要素１８の線状化を説明する図である。導光体７の射出面側に、第２の方向に対してθ１だけ傾いた方向へと延在する凸レンチキュラーレンズ１４を有する隠蔽構造体８を配したとき、光偏向要素１８は、第１の方向に対してθ１だけ傾いた方向に広がる線状光Ｍへと変換される。上述したように、導光体７の入射面より入射した光は、導光体７内部を導光し、光偏向要素１８によって進路を偏向され、射出面より射出する。導光体７からの射出光は、射出面の法線方向のみならず、あらゆる角度へと射出されるが、射出面側（観察者側Ｆ）より観察した際には、射出面の法線方向へと射出された光が視認されるため、光偏向要素１８がドット状に視認される。そして導光体７の射出面に隠蔽構造体８を配すると、射出面の法線方向以外へと射出された光の一部が、凸レンチキュラーレンズ１４によって射出面の法線方向へと偏向される。このとき、観察者側Ｆより観察すると図６に示されるように、凸レンチキュラーレンズ１４の配列方向への線状光Ｍへと変換されて視認される。
【００５２】
図７では、凸レンチキュラーレンズ１４が延在する方向と、方向Ｘとが一致した場合の効果について説明する。
方向Ｘは第２の方向と一致しているため、ドット状の光偏向要素１８は、第１の方向へと延びる線状光Ｍに変換される。図７に示されるように、第１の方向へと配列された光偏向要素１８の線状光が重なり、第１の方向へと延びる長い線状光Ｎ１（図７中１点鎖線で囲まれた長い線状光）となり、該長い線状光Ｎ１は第２の方向へ配列ピッチがＰ２／２で配列されることとなる。
【００５３】
図８では、凸レンチキュラーレンズ１４の延在する方向が、方向Ｘに対して角度θ１だけ傾いたときの、光偏向要素１８の線状化による効果を示している。凸レンチキュラーレンズ１４の延在する方向が方向Ｘに対して角度θ１だけ傾くと、光偏向要素１８が線状化される方向も角度θ１だけ傾くこととなる。このとき、太い実線で示される光偏向要素１８Ａと光偏向要素１８Ｂとが凸レンチキュラーレンズ１４によって線状化され、各々の線状光Ｍがつながる方向が式１で定義された角度θ１となる。従って、第１の方向に対して角度θ１だけ傾いた長い線状光Ｎ２が第２の方向に対して角度θ１だけ傾いた方向へと配列され、この配列ピッチは、Ｐ１＊ｓｉｎ（θ１）となる。
【００５４】
ここで図７と図８とを見比べると、複数の線状光がつながることで形成される長い線状光Ｎ１とＮ２の配列ピッチが異なることが見てとれる。つまり、凸レンチキュラーレンズ１４の延在する方向が、方向Ｘに対して角度θ１だけ傾くことで、長い線状光Ｎの配列間隔を短くすることが出来る。長い線状光Ｎの線幅は光偏向要素１８の幅（直径）と略一致する。従って、長い線状光Ｎの配列ピッチが短くなるということは、隠蔽構造体８の射出面を観察者側Ｆより観察した場合において、射出面内の明部（面内を線状光Ｎが占める領域）が増えることとなり、光偏向要素１８の隠蔽性が高まる。
第１の方向に対して傾き角度θ１の方向に延在する長い線状光Ｎ２の配列間隔を短くするための条件としては、上述した図８に示される長い線状光Ｎ２の配列間隔Ｐ１＊ｓｉｎ（θ１）が、図７に示される長い線状光Ｎ１の配列間隔Ｐ２／２より短くなることである。凸レンチキュラーレンズ１４の傾き角度は５度以上４５度以下の範囲であり、ｓｉｎ（４５度）＝１／√２である。従って、第２の方向のピッチＰ２は第１の方向のピッチＰ１に対して、√２倍以上であることが望ましい。
【００５５】
光偏向要素１８Ａと光偏向要素１８Ｂとが線状化し、つながって一本の長い線状光Ｎ２を形成するために必要な凸レンチキュラーレンズ１４の最大角αは以下の式２で定義される。
【数１５】
2011086719.tif 000017
ここで式２に示されるsinθｉは以下の式３で定義され、式３に示されるｒ１は式４で定義される。
【数１６】
2011086719.tif 000018
【数１７】
2011086719.tif 000019
【００５６】
式２から式４について図９を用いて説明する。尚、ここでは簡略に説明するために、第２主面１３ｂは平坦面とし、マイクロレンズ１８は省略する。
導光体７の光偏向面１７に形成される光偏向要素１８が第１の方向にＰ１のピッチで配列され、また第２の方向にＰ２のピッチで配列される。光偏向要素１８Ａと光偏向要素１８Ｂとを結んだ直線と、第１の方向とのなす角度はθ１であり、角度θ１と第１の方向の配列ピッチＰ１とから、光偏向要素１８Ａと光偏向要素１８Ｂとの距離ｒ１が計算される。ここで光偏向要素１８Ａによって進路を変えられた光のうち、該光偏向要素１８Ａからｒ１／２だけ離れた距離で導光体７の光射出面に到達し、射出される光をＥ１としたとき、隠蔽構造体８の第２主面への入射角度θｉは、導光体７の屈折率ｎ０と厚さｔ、及びＰ１／２より求められる。数２は、入射角θｉで入射した光を正面方向に屈折させるために必要な凸レンチキュラーレンズ１４の最大角αを規定している。ここでｎ１は凸レンチキュラーレンズ１４の屈折率である。
【００５７】
当然ながら導光体７内部を導光する光は、あらゆる方向に存在する。図９においては、光偏向要素１８Ａから１８Ｂに向かう一方向の光の振舞いを主体的に図示しているが、同様に光偏向要素１８Ｂによって偏向され、１８Ａの方向へと向かう光も存在する。従って、線状光Ｍは、各々の光偏向要素１８を中心に両側へと線状化されるため、光偏向要素１８Ａに入射した光が、ｒ１／２だけ離れた距離で導光体７から射出される光を、正面方向へと屈折させることで、光偏向要素１８Ａによる線状光Ｍと、光偏向要素１８Ｂによる線状光Ｍとが重なり、１本の長い線状光Ｎ２となる。
【００５８】
隠蔽構造体８を構成する凸レンチキュラーレンズ１４は、丸みを帯びた頂部と湾曲側面とで形成される球面、または非球面形状である。頂部の接線角度は約０度であり、第１主面１３ａとの最大角はαであり、頂部から第１主面１３ａに至るにつれ、接線角度は大きくなる。また凸レンチキュラーレンズ１４は方向Ｘに対して角度θ１だけ傾いた方向に延在する。凸レンチキュラーレンズ１４の第１主面１３ａとの接点における最大角αが式２を満たしていると、図８に示されるように光偏向要素１８Ａと光偏向要素１８Ｂとが線状に広がり、つながることで長い線状光Ｎ２が形成される。
そして本発明の照明装置３は、隠蔽構造体８の射出面側に更に、スプリット構造体２０と拡散性光学シート２８を備えるため、スプリット構造体２０による光のスプリット効果、及び拡散性光学シート２８による拡散効果が得られる。従って、隠蔽構造体８によって形成される長い線状光Ｎ２の配列ピッチが短くなるほど、光偏向要素１８に起因する輝度ムラを低減することが出来る。
【００５９】
ここで、スプリット構造体２０は透光性の基材２３の第３主面２３ａ側にスプリットレンズ２４を備え、第４主面２３ｂは平坦面であるか、あるいは粗面化されても良く、または隠蔽構造体８の第２主面１３ａ側に形成されるようなマイクロレンズ１９を備えても良いし、合わせて粗面化されても良い。
スプリットレンズ２４は、入射した光を第１の方向、または第２の方向へとスプリット、または／及び線状化する機能を有し、例えば三角プリズムレンズや湾曲プリズムレンズ、またはレンチキュラーレンズ等が挙げられる。上述したように、隠蔽構造体８によって、二次元的に配列された光偏向要素１８は長い線状光Ｎに変換される。スプリット構造体２０は長い線状光Ｎを第１の方向、または第２の方向へとスプリット、または／及び線状化することで、二次元的な拡散効果が得られる。
【００６０】
また一方で、照明装置３の輝度を高めるためには、スプリット構造体２０を構成するスプリットレンズ２４は集光性が高いレンズであることが望ましく、頂角が７０度から１１０度の範囲の三角プリズムレンズ２４であることが望ましい。三角プリズムレンズ２４の頂部は丸みを帯びても良い。丸みを帯びることで、入射した光を完全なスプリットではなく、一部拡散し、線状化して射出するため、光偏向要素１８の隠蔽性が向上するためである。ここで丸みを帯びる際には、三角プリズムレンズ２４の単位ピッチの２０％以下であることが望ましく、１０％以下であることが更には望ましい。２０％を超えて丸みを帯びた場合、隠蔽性は向上するものの、三角プリズムレンズ２４の集光性が大きく損なわれるためである。
またスプリットレンズ２４として、側面が湾曲した湾曲プリズムレンズであっても良い。
湾曲プリズムレンズは、高い集光性と拡散性とを両立するため、正面輝度を高めながら、隠蔽性を更に向上させる。湾曲プリズムレンズの湾曲側面としては、湾曲側面の各点における接線と、スプリット構造体２０の第１主面２３ａとのなす角度が２０度から７０度の範囲で変化することが望ましく、更に望ましくは６０度から３０度の範囲である。２０度を下回ると拡散性、集光性共に弱まり、一方７０度を超えると、拡散性は強いものの、集光性が低下する。
更にスプリットレンズ２４としては、凸レンチキュラーレンズ形状であっても良い。上述の三角プリズム形状、及び湾曲プリズムレンズに比べると、集光性は低下するものの拡散性が強いため、光偏向要素１８の隠蔽性が向上するためである。
そして表示装置１として例えば液晶テレビの例を挙げた場合、画面垂直方向よりも画面水平方向を広視野とすることが望ましい。従って集光性が高いスプリットレンズ２４は、画面水平方向に延在し、画面垂直方向に配列されることが望ましい。
【００６１】
そして拡散性光学シート２８のヘイズ値は３０％以上８５％以下であることが好ましい。ヘイズ値が３０％以下では光偏向要素１８に起因する輝度ムラを低減するために必要な拡散性能が不足し、一方で８５％を超えると、拡散性が強すぎるため、輝度ムラの低減には効果があるものの、照明装置３の輝度が大幅に低下するためである。ここでヘイズ値が３０％以上８５％以下である拡散性光学シート２８としては、一般的な上拡散シートが挙げられる。上拡散シートは、ＢＥＦに代表される三角プリズムレンズの保護用として、また三角プリズムレンズによって生じるサイドローブを抑制する目的で使用される。また別の例としてはＤＢＥＦ−Ｄ（３Ｍ社）に代表される拡散層付偏光分離反射シートが挙げられる。なお、ここで挙げられるヘイズ値は、ＪＩＳ  Ｋ７１３６に準拠した測定値である。
【００６２】
長い線状光Ｎ２の線幅はおおよそ光偏向要素１８の直径と等しいため、長い線状光Ｎ２の配列ピッチは、光偏向要素１８の直径の２倍以下であることが好ましい。２倍を超えて長い線状光Ｎ２が配列した場合、スプリット構造体２０によるスプリット効果と、拡散性光学シート２８による拡散効果を付与しても、長い線状光Ｎ２の輝度ムラが視認されるためである。一方で、図７に示される長い線状光Ｎ１の配列ピッチが光偏向要素１８の直径の２倍以下である場合には、角度θ１が０度であっても良い。本発明は、ドット状に配置される光偏向要素１８を線状光Ｍに変換し、ある方向に隣合う線状光Ｍがつながることで長い線状光Ｎを形成する。そして長い線状光Ｎの配列間隔が光偏向要素１８の直径の２倍以下とすることで、隠蔽構造体８の射出面側に配されるスプリット構造体２０の光スプリット効果、及び拡散性光学シート２８の拡散効果によって、光偏向要素１８に起因する輝度ムラを低減することを目的としているためである。
【００６３】
ここまで方向Ｘと、光偏向要素１８が配列される第２の方向とが一致した場合について説明したが、次に、方向Ｘが光偏向要素１８が配列される第１の方向と一致した場合について説明する。
方向Ｘと、光偏向要素１８が配列される第１の方向とが一致した際、凸レンチキュラーレンズ１４の延在する方向と、方向Ｘとのなす角度θ２は以下の式５にて定義される。
【数１８】
2011086719.tif 000020
【００６４】
式５について、図１０から図１１を用いて説明する。図１０は、方向Ｘと光偏向要素１８が配列される第１の方向とが一致し、凸レンチキュラーレンズ１４の延在する方向と、方向Ｘとが一致した場合の効果を示す図である。凸レンチキュラーレンズ１４の延在する方向と、第１の方向とが一致するため、図１０に示されるように、光偏向要素１８は第２の方向へと線状化される。隣合う光偏向要素１８による線状光Ｍがつながることで形成される長い線状光Ｎ３は、第１の方向にＰ１／２のピッチで配置される。
【００６５】
図１１は、凸レンチキュラーレンズ１４の延在する方向が、方向Ｘに対しθ２だけ傾いた場合を示す。凸レンチキュラーレンズ１４の延在する方向が方向Ｘに対して、つまり第１の方向に対して角度θ２だけ傾くと、光偏向要素１８が線状化される方向は第２の方向に対して角度θ２だけ傾く。従って、長い線状光Ｎ４は第１の方向に対してθ２の角度に配列し、その配列間隔はＰ２＊ｓｉｎ（θ２）となる。上述した通り、長い線状光Ｎ４の配列ピッチが、光偏向要素１８の直径の２倍以下である場合、光偏向要素１８に起因する輝度ムラは低減する。一方で、図１０に示されるように、長い線状光Ｎ３が第１の方向にＰ１／２のピッチで配列され、このときＰ１／２が光偏向要素１８の直径の２倍よりも小さいときには、θ２は０度であっても良い。
【００６６】
ここで、光偏向要素１８Ｃと光偏向要素１８Ｄとが線状化し、つながるために必要な凸レンチキュラーレンズ１４の最大角αは以下の式６で定義される。
【数１９】
2011086719.tif 000021
ここで式６に示されるsinθｉは以下の式７で定義され、式７に示されるｒ２は式８で定義される。
【数２０】
2011086719.tif 000022
【数２１】
2011086719.tif 000023
【００６７】
式６から式８について図１２を用いて説明する。尚、ここでは簡略に説明するために、第２主面１３ｂは平坦面とし、マイクロレンズ１８は省略する。
導光板７の光偏向面１７に形成される光偏向要素１８が第１の方向にＰ１のピッチで配列され、また第２の方向にＰ２のピッチで配列される。光偏向要素１８Ｃと光偏向要素１８Ｄとを結んだ直線と、第２の方向とのなす角度はθ２であり、角度θ２と第２の方向の配列ピッチＰ２とから、光偏向要素１８Ｃと光偏向要素１８Ｄとの距離ｒ２が計算される。ここで光偏向要素１８Ｃによって進路を変えられた光のうち、該光偏向要素１８Ｃからｒ２／２だけ離れた距離で導光板７の光射出面に到達し、射出される光をＥ２としたとき、隠蔽構造体８の第２主面への入射角度θｉは、導光板の屈折率ｎ０と厚さｔ、及びＰ２／２より求められる。
式６は、入射角θｉで入射した光を正面方向に屈折させるために必要な凸レンチキュラーレンズ１４の最大角αを規定している。ここでｎ１は凸レンチキュラーレンズ１４の屈折率である。
【００６８】
凸レンチキュラーレンズ１４は、丸みを帯びた頂部と湾曲側面とで形成される。頂部の接線角度は０度であり、第１主面１３ａとの接点における最大角はαであり、頂部から第１主面１３ａに至るにつれ、接線角度は大きくなる。また凸レンチキュラーレンズ１４は方向Ｘに対して角度θ２だけ傾いた方向に延在する。
凸レンチキュラーレンズ１４の第１主面１３ａとの接点における最大角αが式６を満たしていると、図１１に示されるように光偏向要素１８Ｃと光偏向要素１８Ｄとが線状に広がり、つながることで長い線状光Ｎ４が形成されるため、スプリット構造体２０の光スプリット効果と、拡散性光学シート２８の拡散効果によって光偏向要素１８の隠蔽性が向上し、光偏向要素１８に起因する輝度ムラを低減する。
【００６９】
ここまで、方向Ｘが第１の方向、または第２の方向に一致した際の凸レンチキュラーレンズ１４の傾き角度による隠蔽性の向上効果について説明してきたが、それぞれの傾き角度θ１、またはθ２は５度以上４５度以下、あるいは−５度以上−４５度以下の範囲であることが望ましい。そして式１、及び式５に示されるように、傾き角度θ１、θ２は、光偏向要素１８が配列される第１の方向の配列ピッチＰ１、及び第２の方向の配列ピッチＰ２によって決定される。
【００７０】
本発明の表示装置１を構成する導光体７の光偏向面１７に形成される光偏向要素１８は、図２に示されるように、第１の方向にピッチＰ１で配置し、第２の方向にピッチＰ２で配置される二次元配列で形成される。このときＰ１とＰ２との比は、第２の方向のピッチＰ２が第１の方向のピッチＰ１より大きい場合は、１．４＜Ｐ２／Ｐ１＜２．２の範囲で設定され、一方で、第２の方向のピッチＰ２が第１の方向のピッチＰ１より小さい場合は、１．４＜Ｐ１／Ｐ２＜２．２であることが望ましい。更には近接する３つの光偏向要素１８を結んだ三角形状が、略正三角形となる六方配置であることが望ましい。つまりＰ１／Ｐ２、またはＰ２／Ｐ１が約１．７３である。
光偏向要素１８の配置を六方配置に近づけることで、光偏向面１７の面内の縦方向、横方向、及び斜め方向においても、光偏向要素１８間の距離が大きく異なることなく一様に近づくため、輝度ムラを低減しやすくなる。
【００７１】
光偏向要素１８の二次元配列が、第２の方向のピッチＰ２が第１の方向のピッチＰ１より大きくなる六方配置であって、そして第１の方向が表示装置１の画面水平方向に一致した場合、式１で定義される凸レンチキュラーレンズ１４の傾き角度θ１は約３０度となる。一方で第２の方向が表示装置１の画面水平方向に一致した場合、式５で定義される凸レンチキュラーレンズ１４の傾き角度θ２は約１０度となる。上述した通り、凸レンチキュラーレンズ１４の傾き角度が大きくなると、表示装置１の視野角特性が歪むという問題が生じる。しかしながら本発明の表示装置１を構成する照明装置３においては、隠蔽構造体８の射出面側に、更にスプリット構造体２０と拡散性光学シート２８とを備えるため、表示装置１の視野角特性の歪みが解消されるという特徴を有している。
【００７２】
上述したように、スプリット構造体２０は透光性の基材２３の第３主面２３ａ側に、集光性が高いスプリットレンズ２４が表示装置１の画面水平方向に延在し、画面垂直方向に配列してなることが望ましい。このようなスプリット構造体２０を備えることで、隠蔽構造体８による視野の歪みは大幅に低減する。特に隠蔽構造体８を構成する凸レンチキュラーレンズ１４の集光性より、スプリット構造体２０を構成するスプリットレンズ２４の集光性を高めることで、視野角特性はスプリット構造体２０による集光性が支配的となり、結果として歪みが解消するため望ましい。
そしてヘイズ値が３０％以上８５％以下である拡散性光学シート２８を備えることで、隠蔽構造体８による視野の歪みが更に低減される。
【００７３】
図１３（ａ）は本発明の表示装置１において、隠蔽構造体８を構成する凸レンチキュラーレンズ１４を画面垂直方向に延在し、画面水平方向に配列させた場合の視野角測定結果の例である。このとき、照明装置３の導光体７の射出面側には、隠蔽構造体８、スプリット構造体２０としてＢＥＦ（３Ｍ社）、拡散性光学シート２８としてＤＢＥＦ−Ｄ（３Ｍ社）の順に配されている。一方で図１３（ｂ）は凸レンチキュラーレンズ１４の延在する方向を画面垂直方向に対して３０度傾くよう配列させた場合の視野角測定結果の例である。照明装置３の構成は導光体７の射出面側に隠蔽構造体８のみが配置されている。凸レンチキュラーレンズ１４が画面垂直方向に対して３０度傾いて配されているため、表示装置１の視野角が大きく歪んでいることが見て取れる。次に図１４（ａ）は、図１３（ｂ）の構成にＢＥＦを追加した場合の視野角測定結果の例である。まだ若干の歪みはあるものの、図１３（ｂ）に比べて表示装置１の視野角の歪みが低減されていることが見て取れる。そして、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）に更にＤＢＥＦ−Ｄを追加した場合の視野角測定結果の例である。隠蔽構造体８のみでは大きく視野角が歪んでいたが、スプリット構造体２０、及び拡散性光学シート２８を配することで、視野角の歪みがほとんど生じない表示装置１を得ることが出来る。なお、図１３、図１４に示される視野角測定装置はＥＺＣｏｎｔｒａｓｔ（ＥＬＤＩＭ社）による。
【００７４】
本発明の隠蔽構造体８を構成する凸レンチキュラーレンズ１４は、方向Ｘに対して式１で定義される傾き角度θ１、または式５で定義される傾き角度θ２の角度で傾いて配列される。方向Ｘはそれぞれ光偏向要素１８が配列される第１の方向、または第２の方向と一致し、第１の方向、及び第２の方向は、表示装置１の画面垂直方向、または画面水平方向のいずれかと一致する。従って、凸レンチキュラーレンズ１４は表示装置１の画面垂直方向、または画面水平方向のいずれかに対して、式１で定義される傾き角度θ１、または式５で定義される傾き角度θ２だけ傾いて配置されると言い換えることが出来る。一方で、スプリット構造体２０を構成するスプリットレンズ２４は表示装置１の画面水平方向に延在し、画面垂直方向に配列することが望ましい。すなわち、凸レンチキュラーレンズ１４とスプリットレンズ２４とは交差するように配置され、凸レンチキュラーレンズ１４は表示装置１の画面垂直方向、または画面水平方向のいずれかに対して傾いて配列し、スプリットレンズ２４は画面垂直方向に配列する。
【００７５】
尚、このように２つのレンズを交差するよう配置し、少なくとも一方のレンズを画面垂直方向、または画面水平方向に対して傾けて配列させる先行文献として、ＵＳＰ５２８０３７１（Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ社）が挙げられる。しかしながら、ＵＳＰ５２８０３７１は規則的に配列されるレンズと、周期構造を有する画素とのモアレ干渉縞を低減することを目的とした技術である。一方で本発明の隠蔽構造体８、及びスプリット構造体２０の配置は、導光体７に形成される光偏向要素１８を隠蔽し、画面の輝度ムラを低減することを目的としている。従って、目的は全く異なり、得られる効果も異なるものである。そしてまた、隠蔽構造体８、及びスプリット構造体２０と画像表示素子２との間には拡散性光学シート２８が配される。拡散性光学シート２８のヘイズ値は３０％以上８５％以下であるため、隠蔽構造体８、及びスプリット構造体２０の周期的な配列を散乱し、表示素子２の周期構造とのモアレ干渉縞の発生を防止する。従って隠蔽構造体８を構成する凸レンチキュラーレンズ１４の傾きは、本発明の表示装置１のモアレ防止には寄与しておらず、上述の先行文献とは全く異なるものと言える。
【００７６】
これまで、凸レンチキュラーレンズ１４が表示装置１の画面垂直方向、または画面水平方向に対して傾ける場合について説明した。しかしながら光偏向要素１８が配列される第１の方向、及び第２の方向は、表示装置１の画面垂直方向、及び水平方向に対して任意に選択できるが、別の例としては、第１の方向、及び第２の方向を、垂直方向、及び水平方向に対して式１によって定義された角度θ１、または式５によって定義されたθ２だけ傾けても良い。この場合、凸レンチキュラーレンズ１４の延在する方向は、表示装置１の垂直方向、または水平方向の何れかに設定される。本発明の隠蔽構造体８を構成する凸レンチキュラーレンズ１４による線状光Ｍが延在する方向と、光偏向要素１８が配列される第１の方向が角度θ１、または角度θ２だけ傾くことで、光偏向要素１８の隠蔽性を高めることが本発明の主旨であるため、表示装置１の垂直方向、または水平方向と傾くのは、凸レンチキュラーレンズ１４でも光偏向要素１８の配列であっても良い。
【００７７】
（第２の実施の形態）
ここまで本発明の第１の実施の形態について説明した。一例として、導光体７の光偏向面１７に形成される光偏向要素１８が六方配置であって、第１の方向が表示装置１の画面水平方向と一致する場合、式１で定義される凸レンチキュラーレンズ１４の傾き角度θ１は約３０度が適していることを上述した。しかしながら傾き角度θが大きくなると、傾き角度θが０度である場合と比べて表示装置１の正面輝度が低下するという問題が生じる。本発明の隠蔽構造体８を構成する凸レンチキュラーレンズ１４の傾き角度θは５度以上４５度以下、または−５度以上―４５度以下の範囲に設定されるが、光偏向要素１８を隠蔽することで輝度ムラを低減し、更に高輝度な表示装置１を得るためには、凸レンチキュラーレンズ１４の傾き角度θを小さく設定することが望ましい。
そこで次に、凸レンチキュラーレンズ１４の傾き角度θを可能な限り小さく設定する本発明の第２の実施の形態について、以下に詳細に説明する。
【００７８】
本発明の第２の実施の形態は、図１５に示されるように、凸レンチキュラーレンズ１４が配列する方向は、第１の方向に対して傾き角度θとなるように配置される。そして第１の方向を表示装置１の画面垂直方向、または画面水平方向の何れかに任意に一致することが可能であるが、特に第１の方向が表示装置１の画面水平方向と一致することが望ましい。隠蔽構造体８の射出面側に配置されるスプリット構造体２０のスプリットレンズ２４は、表示装置１の画面水平方向に延在し、画面垂直方向に配列されることが望ましいことは上述した。そこで第１の方向と表示装置１の画面水平方向とが一致した場合、凸レンチキュラーレンズ１４とスプリットレンズ２４との交差角が９０−θ度となる。２種類のレンズを交差させる場合、９０度で交差させる場合が最も正面輝度が高まるため、傾き角度θを小さくすることで高輝度な照明装置３、該照明装置３を備えた表示装置１を提供することが出来る。
【００７９】
本発明の第１の実施の形態でも説明した通り、光源６から導光体７に光を入射し、導光体７を観察者側Ｆから観察すると、光偏向要素１８がドット状に視認される。そして導光体７の射出面に隠蔽構造体８を配し、観察者側Ｆから観察した際には第１の方向に対して角度θだけ傾いた方向に光が線状化されて視認される。つまり、隠蔽構造体８の第１主面に形成される凸レンチキュラーレンズ１４によって、導光体７から射出された光の一部が、第１主面１３ａの法線方向へ、すなわち観察者側Ｆへと変換されて射出され、その射出された光を観察者側Ｆから観察すると、図１５に示されるように、第１の方向に対して角度θだけ傾いた線状光Ｍとして視認される。ここでθの方向は、図１５では、第１の方向から下向きで図示されているが、第１の方向から上向きへのθであっても良い。
【００８０】
第１の方向と、凸レンチキュラーレンズ１４が配列する方向とのなす角度θは以下の式９、及び式１０の関係式によって決定される。
【数２２】
2011086719.tif 000024
【数２３】
2011086719.tif 000025
但しここで、Ｌは、以下の式１１で決定され、角度θｉは凸レンチキュラーレンズ１４の最大角αとの間に以下の式１２の関係式で示される。
【数２４】
2011086719.tif 000026
【数２５】
2011086719.tif 000027
【００８１】
式９から式１２について、図１６、及び図１７を用いて以下に詳細に説明する。
図１６は光偏向要素１８が第１の方向に対して角度θだけ傾いた方向に線状化されることを示した図である。ここで光偏向要素１８の幅をＤとし、該光偏向要素１８によって導光体７より射出される光が、凸レンチキュラーレンズ１４によって第１の方向に対してθ傾いた方向にＬの長さで線状化されるとき、式９、及び式１０の双方を満足する角度θであることが望ましい。
【００８２】
ここで、凸レンチキュラーレンズ１４によって線状化される長さＬは式１１より求められる。式１１について図１７を用いて説明する。図１７は導光体７と隠蔽構造体８との断面図である。ここでｔは導光体７の厚みであり、ｎ０は導光体７の屈折率である。凸レンチキュラーレンズ１４の断面における最大角をαとしたとき、角度θｉと最大角αとの関係は式１２で示される。ここでｎ１は凸レンチキュラーレンズ１４の屈折率である。
【００８３】
図１７に示されるように、線状化長さＬは、光偏向要素１８Ｅの中心から、図中の光Ｅ３の射出位置までの距離を表す。光Ｅ３は、導光体７に入射した光が光偏向要素１８Ｅによって進路を偏向され、導光体７の射出面より射出される光のうち、入射角度θｉで隠蔽構造体８に入射し、凸レンチキュラーレンズ１４の最大角αによって、第１主面１３ａの法線方向へと変換される光である。式１２より、凸レンチキュラーレンズ１４の最大角αによって、第１主面１３ａの法線方向へと変換される入射角θｉが決定され、導光体７から該入射角θｉの角度で射出される光の位置は、式１１より求められる。ここで、正確には導光体７の射出面と隠蔽構造体８の第２主面１３ｂとの距離、及び基材１３の厚みも考慮する必要があるが、導光体７の厚みＴに比べて十分に小さく影響が小さいため、ここでは考慮せずに説明する。また、線状光Ｍは光偏向要素１８Ｅの中心を基点に一方向ではなく、二方向へと伸びるものであるため、線状光Ｍの全体の長さはＬの２倍となる。
従って、上述のように求められた長さＬと傾き角度θ、光偏向要素１８が第１の方向へ配列されるピッチＰ１、光偏向要素１８が第２の方向へ配列されるピッチＰ２、及び光偏向要素１８の幅Ｄとの関係が、式９、及び式１０の双方を満足することで光偏向要素１８を隠蔽し、輝度ムラのない高輝度な照明装置３が得られる。
【００８４】
式９から式１２について図１８、及び図１９を用いて、更に具体的に説明する。
図１８は凸レンチキュラーレンズ１４による線状光Ｍと第１の方向とのなす角度θが０度の際を表している。線状光Ｍは第１の方向と略一致する方向へと延びるため、隣合う光偏向要素１８による線状光Ｍが重なり、第１の方向に延在する長い線状光Ｎ５が、ピッチＰ２／２で第２の方向へ配列される。ここで光偏向要素１８の幅をＤとしたとき、線状光Ｍの太さはＤと若干の差はあるものの概ね一致する。そして長い線状光Ｎ５が存在しない領域の第２の方向の幅ａはＰ２／２−Ｄとなる。
【００８５】
図１９は本発明の第２の実施の形態を表している。線状光Ｍは第１の方向からθだけ傾いた方向へと延びる。ここで光偏向要素１８の幅をＤとしたとき、図中ｂ、すなわち、第１の方向に隣合う光偏向要素１８が角度θ方向へと線状化されたときの線状光間の幅ｂは式９の左辺より求められる。本発明者らはこの値が０ｍｍ以下（数式上では、０またはマイナス値）である場合、第１の方向に隣合う線状光Ｍが重なるため、第２の方向への幅がＹで、第１の方向へと延在する長い線状光Ｎ６として取り扱うことが出来ることを見出した。つまり、図１７に示される、幅がＤの線状光Ｎ５よりも幅が大きい線状光Ｎ６へと変換されるため、光偏向要素１８の隠蔽性が大幅に向上する。
ここで式９が０ｍｍを超えると、角度θで傾いた線状光Ｍが単体で認識されるため、幅の大きい線状光Ｎとして取り扱うことが出来ず、隠蔽性が不足するため、輝度ムラのない高輝度な照明装置３を得ることは出来ない。
従って式９は０ｍｍ以下であることが好ましく、より好ましくは少なくとも光偏向要素１８の幅の約２０％以上の領域が重なるよう、−Ｄ／５以下である。１つの光偏向要素１８による線状光Ｍは、線幅Ｄにおいて中心であるほど輝度が高いためである。
【００８６】
凸レンチキュラーレンズ１４によって第１の方向から角度θだけ傾いた線状光Ｍに変換され、幅がＹで第１の方向へと延在する長い線状光Ｎ６が、第２の方向へピッチＰ２／２で配列される。このとき第２の方向で隣合う線状光Ｎ６の間の距離ｃは式１０の左辺で求められる。本発明者らはこの値が０．１ｍｍ以下である場合に、光偏向要素１８のパターンが視認されない照明装置３が得られることを見出した。
従って、式９、及び式１０の双方を満足する場合において、本発明の照明装置３は、光偏向要素１８が隠蔽され、輝度ムラのない高輝度な照明装置３となる。
【００８７】
ここで導光体７の光偏向面１７に形成される光偏向要素１８は、例えば白色の拡散反射性を有するインキが印刷されたものである場合、第１の方向にＰ１のピッチで配列し、第２の方向にＰ２のピッチで配列する二次元配列であって、光源６が設置された導光体７の光入射面に近い光偏向要素１８は小さく、光入射面から遠ざかる光偏向要素１８ほど大きくなるように印刷されることが一般的である。従って、光偏向要素１８の幅Ｄは、光偏向面１７内において一様ではなく、ある分布範囲を有することとなる。例えば導光体７を観察者側Ｆから観察した際に、上下左右４つの端面に光源６が設置された照明装置３においては、光偏向要素１８は光偏向面１７の中心に近づくほど大きくなり、４つの端面に近づくほど小さくなる。表示装置１において、光偏向要素１８に起因する輝度ムラは、画面全面について抑制する必要がある。従って、表示装置１の画面全面において輝度ムラを抑制するためには、大きさの異なる光偏向要素１８のうち、光源６の近傍の領域に形成された幅が小さな光偏向要素１８が十分に隠蔽されることが必要となる。従って、式９、及び式１０に適用される光偏向要素１８の幅Ｄは、光偏向面１７において光源６の近傍に形成された光偏向要素１８の幅Ｄの平均値で計算されることが望ましい。具体的には光源６に最も近い光偏向要素１８から、画面中心に向かって５〜１０ピッチ分（１ピッチは、第１の方向であればＰ１、第２の方向であればＰ２）相当の領域に存在する光偏向要素１８の幅Ｄの平均値から求めることが望ましい。
【００８８】
ここで、導光体７から射出される光を線状化する凸レンチキュラーレンズ１４の形状について以下に説明する。
凸レンチキュラーレンズ１４は、丸みを帯びた頂部と湾曲側面とで形成される。凸レンチキュラーレンズ１４の配列方向での断面図において、頂部の接線と第１主面１３ａとのなす角度は０度であって、頂部から第１主面１３ａに至るにつれ、接線角度は大きくなる。光偏向要素１８の隠蔽性を向上させる凸レンチキュラーレンズ１４の性能について、図２０を用いて説明する。隠蔽構造体８の第２主面１３ｂ側に、略ランバート光を射出する点光源１００を配置する場合を考える。このとき、点光源の射出光の主軸と第２主面１３ｂの法線方向とが略一致するよう配置したとき、第１主面１３ａより第１主面１３ａの法線方向に射出される光は、点光源１００の直上を中心に凸レンチキュラーレンズ１４の配列方向に広がる線状光Ｍ０へと変換される。ところで、図２０では凸レンチキュラーレンズ１４によって、第１主面１３ａの法線方向へと偏向される光のみを図示している。図示されていないが、凸レンチキュラーレンズ１４からは、第１主面１３ａに対して法線方向のみならず、斜め方向へ射出される光も存在する。
【００８９】
本発明の凸レンチキュラーレンズ１４は、図２０に示されるように、線状光Ｍ０のピーク輝度位置が、点光源１００の直上となる（図中実線で示される輝度分布）ような凸レンチキュラーレンズ１４であることが望ましい。または、線状光Ｍ０のピーク輝度位置が、点光源１００の直上以外に存在した場合（図中一点鎖線で示される輝度分布）には、点光源１００の直上輝度をＬ０、ピーク輝度をＬ１としたとき、Ｌ１／Ｌ０が２００％以下となる凸レンチキュラーレンズ１４であることが望ましい。
【００９０】
ピーク輝度位置が点光源１００の直上に存在せず、且つＬ１／Ｌ０が２００％を超えるような凸レンチキュラーレンズ１４は、点光源１００を線状光Ｍ０へと変換しても、ピーク輝度位置での光強度が非常に高くなり、輝度ムラの要因となる。その極端の例としては、三角プリズムレンズが挙げられるが、第１主面１３ａに三角プリズムレンズを配したレンズシートの第２主面１３ｂ側に上述と同様に点光源１００を配し、第１主面側から観察すると、点光源１００が２つの点光に分割されるのみであり、隠蔽性は向上しない。
【００９１】
最も好ましくは、線状光Ｍ０のピーク輝度位置が点光源１００の直上に存在することである。光偏向要素１８は略等ピッチで複数配列されるため、導光体７の光射出面に隠蔽構造体８を配すると、複数の光偏向要素１８が線状化され、複数の線状光Ｍが面内に生じ、その一部は重なることもある。このとき、線状光Ｍ０のピーク輝度位置が点光源１００の直上に存在する形状である凸レンチキュラーレンズ１４の場合、線状光Ｍが重なってもムラが大きくなることはない。しかし、点光源１００の直上以外の場所に強いピーク輝度を有する凸レンチキュラーレンズ１４である場合、条件によっては、１つの光偏向要素１８によるピーク輝度位置と、他の光偏向要素１８によるピーク輝度位置とが重なり、重なった点がより強い輝度として視認される。すなわち輝度ムラとなる。
従って、点光源１００の直上にピーク輝度を有するか、点光源１００の直上以外にピーク輝度が存在する場合は、ピーク輝度と点光源の直上輝度との比が２００％以下となるように、線状に光が広がる凸レンチキュラーレンズ１４であることが、隠蔽性を向上させるためには望ましい。
【００９２】
上述したような効果が得られる凸レンチキュラーレンズ１４は、以下の式１３で定義される。
ここで式１３は、凸レンチキュラーレンズ１４の単位レンズピッチを１と正規化した式であり、図２１に示されるように、ｚは凸レンチキュラーレンズ１４の高さ方向の位置関数、rは幅方向位置変数である。図２１において、斜線部が凸レンチキュラーレンズの形状と定義される。ここで、微調整として、式１３で定義された形状の凸レンチキュラーレンズ１４を、レンズの高さ方向、或いは幅方向に拡大、または縮小しても良い。各係数ｋ、１／Ｒ、Ａ、Ｂ、Ｃの値が設定値に入らない場合、上述したような隠蔽性が高まるレンズ効果が得られない形状となるためである。または、隠蔽性は高まるものの集光性が低くなるため望ましくない。
【数２６】
2011086719.tif 000028
【００９３】
凸レンチキュラーレンズ１４の形状について、図２２を用いて更に詳細に説明する。
図２２は凸レンチキュラーレンズ１４の配列方向における断面図である。単位レンズピッチがＰＬ１であり、高さがＴＬ１、第１主面１３ａとの最大角がα、及び頂部フィッティング曲率半径がＲＬ１で表される。
ここで頂部フィッティング曲率半径ＲＬ１とは、非球面形状である凸レンチキュラーレンズ１４の頂部の曲率半径を表し、単位レンズピッチＰＬ１に対して１０％の領域における曲率半径とここでは定義する。
また最大角αは上述した通り、凸レンチキュラーレンズ１４が第１主面１３ａに接する点Ｐａと、点Ｐａから頂部に向かった任意の点Ｐｂとを結んだ直線と、第１主面１３ａとのなす角度とする。
【００９４】
このとき、頂部フィッティング曲率半径ＲＬ１は、単位レンズピッチＰＬ１に対して、１／２倍未満であることが望ましい。すなわち、球面レンズに比べて頂部の曲率半径が小さくなる非球面レンズ形状であることが望ましい。凸レンチキュラーレンズ１４による集光性が高まるためである。
一方で頂部の曲率半径を小さくし過ぎると、非常に単位レンズ高さＴＬ１が大きな非球面形状となり集光性が低下し、隠蔽性も低下するため望ましくない。従って頂部フィッティング曲率半径ＲＬ１は、単位レンズピッチＰＬ１に対して０．１倍以上であることが望ましい。
【００９５】
また単位レンズ高さＴＬ１は、単位レンズピッチＰＬ１に対して、０．３倍以上１．０倍未満であることが望ましい。０．３倍より低いと、集光性が低く、一方で１．０倍以上の場合、集光性のみならず隠蔽性も低くなるためである。
本発明者らが光学シミュレーションにより検討を重ねた結果、より高い集光性とより高い隠蔽性とを両立するための頂部フィッティング曲率半径ＲＬ１は、単位レンズピッチＰＬ１に対して０．１５倍から０．３５倍の範囲に設定し、且つ、単位レンズ高さＴＬ１を単位レンズピッチＰＬ１に対して０．４倍から０．７倍の範囲に設定されたレンズ形状が最適であることを見出した。
【００９６】
本発明の凸レンチキュラーレンズ１４は、図２３（ａ）に示されるように、断面形状における各点の接線と第１主面１３ａとのなす角度は、頂部において約０度であり、第１主面１３ａに向かうにつれ角度は大きくなり、最大角がαである凸湾曲形状である。
ここで、断面形状における各点の接線と第１主面とのなす角度を縦軸、凸レンチキュラーレンズ１４のピッチ方向の位置を横軸として、図２３（ｂ）にグラフとして表す。グラフにおいて横軸の０は単位レンズの頂部の位置であり、横軸の０．５は単位レンズの湾曲側面が第１主面１３ａに至る点である。
図２２（ｂ）には本発明の凸レンチキュラーレンズ１４のいくつかの実施例をグラフで表している。Ｌｅｎｓ１からＬｅｎｓ３は高い集光性と高い隠蔽性とが得られる凸レンチキュラーレンズ１４について、頂部から第１主面１３ａに至る各点の接線と第１主面１３ａとのなす角度をプロットしたものである。一方でＬｅｎｓ４は高い集光性は得られるものの、隠蔽性が不足したレンズについて、頂部から第１主面１３ａに至る各点の接線と第１主面１３ａとのなす角度をプロットしたものである。
【００９７】
高い集光性と、高い隠蔽性が得られた凸レンチキュラーレンズ１４は、頂部側に、角度の変化率が大きい第１領域と、第１主面側に、角度の変化率が小さい第２領域とで形成される。そして、図２３（ｂ）に示されるグラフの傾きがほぼ０となるような領域は存在しない。すなわち、頂部から第１主面１３ａに至る間に、直線に近い形状は無く、どの箇所においても湾曲しており、頂部に近いほど曲率半径が小さくなる湾曲形状であることを示している。そして、角度の変化率が大きい第１領域が頂部側に形成され、角度の変化率が小さい第２領域が第１主面側に形成され、直線領域が存在しないことで、上述したように、点状の光偏向要素１８を、隠蔽性が高まる線状光Ｍへと変換する機能を有する凸レンチキュラーレンズ１４となり、高い集光性と高い隠蔽性とを両立することが可能となる。
【００９８】
一方で図２３（ｂ）のグラフ中に実線でプロットされるＬｅｎｓ４を見ると、直線領域が存在することが見て取れる。このようなレンズ形状は高い集光性は得られるものの、隠蔽性は高くないため望ましくない。図２３（ｂ）に示されるグラフの更に微分値を取ったとき、角度の変化率の大きい第１領域は、単位レンズの幅１％当りの角度変化が１．５度から４度程度の範囲で変化し、角度の変化率の小さい第２領域は、単位レンズの幅１％当りの角度変化がおおよそ０．５度から１．５度程度の範囲に収まることが望ましい。単位レンズの幅１％当りの角度変化が０．５度を下回るような領域は、角度変化が小さい、すなわちほぼ直線領域となるため隠蔽性が低下する。
【００９９】
そして凸レンチキュラーレンズ１４の最大角αは、隠蔽構造体８による光偏向要素１８の隠蔽性を高める重要なファクターである。高い隠蔽性を得るためには、最大角αは５０度以上であることが望ましく、更に望ましくは６０度以上である。数９に示されるように、凸レンチキュラーレンズ１４の最大角αが大きいほど、凸レンチキュラーレンズ１４によって第１主面の法線方向へと変換される線状光Ｍの長さＬは大きくなる。線状光Ｍの長さＬが大きいほど、線状光Ｍの方向と第１の方向とのなす角度θを小さくしても高い隠蔽性を得ることが可能となる。線状光Ｍと第１の方向とのなす角度θが小さいほど、照明装置３の輝度が高まるため、角度θは光偏向要素１８を十分隠蔽し得る最小の角度に設定することが望ましい。
【０１００】
ところで、高い隠蔽性を得るためのファクターは、光偏向要素１８の配列ピッチ、導光体７の厚み等も影響するが、本発明者らが様々な導光体７を用いて検証した結果、凸レンチキュラーレンズ１４の最大角αが６０度以上である場合、角度θを５〜１０度程度に設定することで高い隠蔽性を実現する隠蔽構造体８が得られた。一方で角度θを大きくするほど、表示装置１の輝度は低下した。一例として、角度θ＝０度の際の表示装置１の正面輝度を１．００としたとき、θ＝１０度で０．９９、θ＝１５度で０．９８、θ＝２０度で０．９６、θ＝３０度では０．９３という結果であった。従って角度θは５度から１５度、または−５度から−１５度となるように凸レンチキュラーレンズ１４の形状を決定することが望ましく、より望ましくは角度θが５度から１０度、または−５度から−１０度である。
そして凸レンチキュラーレンズ１４の最大角αが５０度以下である場合には、角度θを１５度以下とすることが出来ず望ましくない。一方で凸レンチキュラーレンズ１４の最大角αが８０度を超えると、隠蔽性は高まるものの凸レンチキュラーレンズ１４自体の集光性が低下し、結果として表示装置１の輝度が低下する問題が生じる。従って、最大角αは８０度以下であることが望ましい。
【０１０１】
ここまで、隠蔽構造体８、及びスプリット構造体２０によって、光偏向要素１８を線状化、スプリットすることで、光偏向要素１８の隠蔽性を向上させる手法について説明したが、更にヘイズ値が３０％以上８５％以下である拡散性光学シート２８を備えることで、光偏向要素１８の隠蔽性は向上する。すなわち、点状に視認される光偏向要素１８を、隠蔽構造体８とスプリット構造体２０によって線状化、スプリットすることで隠蔽性を向上させることが可能であるが、光偏向要素１８の配列ピッチが大きい場合、ここで少なくとも第１の方向の配列ピッチＰ１、及び第２の方向の配列ピッチＰ２が１ｍｍを超えるほど大きい場合、隠蔽構造体８、及びスプリット構造体２０による線状光Ｍが視認される場合がある。この場合、ヘイズ値が３０％以上８５％である拡散性光学シート２８を更に備えることで、線状光をわずかに拡散することで線状の輝度ムラを低減し、光偏向要素１８の隠蔽性が更に向上する。なお、ヘイズ値は、ＪＩＳ  Ｋ７１３６に準拠した測定値である。
【０１０２】
また、高い集光性が得られるスプリット構造体２０としては例えば三角プリズムレンズ形状が挙げられるが、三角プリズムレンズ形状は高い集光性が得られる半面、サイドローブが生じるという問題がある。ここでヘイズ値が３０％以上８５％以下である拡散性光学シート２８を備えることで、射出光を拡散し、サイドローブを抑制する効果が得られる。
【０１０３】
そしてまた、隠蔽構造体８、及びスプリット構造体２０を構成する凸レンチキュラーレンズ１４、及びスプリットレンズ２４のピッチが、表示装置１の画像表示素子２の画素ピッチと近い場合、モアレ干渉縞が生じる恐れがある。しかしながら本発明の表示装置１は液晶パネル２と隠蔽構造体８、及びスプリット構造体２０との間にヘイズ値が３０％以上８５％以下の拡散性光学シート２８が配する。従って隠蔽構造体８、及びスプリット構造体２０の周期構造が拡散機能によって散乱されるため、モアレ干渉縞の発生を抑制することが出来る。そしてまた、拡散性光学シート２８を隠蔽構造体８、及びスプリット構造体２０と、画像表示素子２との間に挟むことで、隠蔽構造体８、及びスプリット構造体２０と画像表示素子２との間に、少なくとも光学シート２８の厚み分の空間距離を生じさせることが出来るため、モアレ干渉縞を更に抑制することが可能である。
【０１０４】
このようなヘイズ値が３０％以上８５％以下である拡散性光学シート２８としては上述したように、ＤＢＥＦ−Ｄ（３Ｍ社製）に代表される拡散層付偏光分離反射シートが挙げられる。また別の例としては、プリズム保護用上拡散フィルムなどが挙げられる。ヘイズ値が高まるほど拡散性は強まるため、拡散性光学シート２８のヘイズ値は３０％以上であることが望ましい。一方で拡散性を強くすると輝度が大幅に低下するという問題が生じる。従って、ヘイズ値は８５％以下であることが望ましい。より好ましくは８０％以下である。
【０１０５】
本発明の表示装置１において、スプリット構造体２０を構成する三角プリズムレンズ２４が配列される方向は、表示装置１の垂直視野方向、または水平視野方向の何れかを選択できるが、特に表示装置１を観察者から見た際に、画面の垂直視野方向に三角プリズムレンズ２４が配列されることが望ましい。すなわち第２の方向と表示装置１の画面の垂直視野方向とが一致することが望ましい。
一般に表示装置１はある範囲の垂直視野と水平視野とを有することが望まれるが、特に大型な表示装置１としてテレビ用途を挙げる際、水平視野が広いことが望まれる。三角プリズムレンズ２４は集光性が高い分、視野を狭くする。従って、三角プリズムレンズ２４を垂直視野方向に配列することで、垂直視野は狭くなるが、広い水平視野を保って高い集光性を得ることが出来る。
【０１０６】
本発明の表示装置１を構成する導光体７の光偏向面１７に形成される光偏向要素１８は、図２に示されるように、第１の方向にピッチＰ１で配置し、第２の方向にピッチＰ２で配置される二次元配列で形成される。このときＰ１とＰ２との比が、第２の方向のピッチＰ２が、第１の方向のピッチＰ１より大きい場合は、１．４＜Ｐ２／Ｐ１＜２．２の範囲で設定され、一方で、第２の方向のピッチＰ２が、第１の方向のピッチＰ１より小さい場合は、１．４＜Ｐ１／Ｐ２＜２．２であることが望ましい。更には近接する３つの光偏向要素１８を結んだ三角形状が、略正三角形となる六方配置であることが望ましい。つまりＰ１／Ｐ２、またはＰ２／Ｐ１が約１．７３である。
光偏向要素１８の配置を六方配置に近づけることで、光偏向面１７の面内の縦方向、横方向、及び斜め方向においても、光偏向要素１８間の距離が大きく異なることなく一様に近づくため、ムラを均一化しやすくなる。
【０１０７】
光偏向要素１８が配列される第１の方向、及び第２の方向は、表示装置１の画面垂直方向、及び水平方向に対して任意に選択できるが、別の例としては、第１の方向、及び第２の方向を、垂直方向、及び水平方向に対して角度θだけ傾けても良い。この場合、凸レンチキュラーレンズ１４の延在する方向は、表示装置１の垂直方向、または水平方向の何れかに設定される。本発明の隠蔽構造体８を構成する凸レンチキュラーレンズ１４による線状光が延在する方向と、光偏向要素１８が配列される第１の方向が角度θだけ傾くことで上述したような隠蔽性が得られるため、表示装置１の垂直方向、または水平方向と傾くのは、凸レンチキュラーレンズ１４でも光偏向要素１８の配列であっても良い。
【０１０８】
本発明の隠蔽構造体８は、第１主面１３ａに線状レンズ１４を備えるが、更に線状レンズ１４と交差する第２の線状レンズ１５を備えても良い。このとき交差角度は９０度でも良く、または第２の方向に平行になるよう配列されても良い。図２４に示されるように、第２の線状レンズ１５は、複数の線状レンズ１４の隙間を埋めるように配されることが望ましい。第２の線状レンズ１５としては、三角プリズムレンズ形状が挙げられる。線状レンズ１４で隠蔽性を高め、第２の線状レンズ１５で正面方向への集光性を高めることが出来るためである。また第２の線状レンズ１５として、側面が湾曲した湾曲プリズムレンズであっても良い。湾曲プリズムレンズは、高い集光性と拡散性とを両立するため、正面輝度を高めながら、高い拡散性によって隠蔽性を更に向上させる。湾曲プリズムレンズの湾曲側面としては、湾曲側面の各点における接線と、隠蔽構造体８の第１主面１３ａとのなす角度が２０度から７０度の範囲で変化することが望ましく、更に望ましくは６０度から３０度の範囲である。２０度を下回ると拡散性、集光性共に弱まり、一方７０度を超えると、拡散性は強いものの、集光性が低下する。しかしながら、第１主面１３ａの面積に対して第２の線状レンズ１５が占める割合が多くなると、線状レンズ１４による隠蔽性が低下する。従って、本発明の表示装置１に必要な隠蔽性と集光性とから適宜選ぶ必要がある。第１主面１３ａの面積に対して第２の線状レンズ１５が占める割合は、望ましくは６０％以下、更に望ましくは３０％以下である。
【０１０９】
別の例として第２の線状レンズ１５は、図２５に示されるように、レンチキュラーレンズ形状が挙げられる。光偏向要素１８を、第２の線状レンズ１５によって第２の方向へと線状化するため、隠蔽性が更に向上するためである。第２の線状レンズ１５のレンチキュラーレンズ形状は、線状レンズ１４と同形状でも良く、または線状レンズ１４と相似形であるレンズ形状でも良い。または全く異なるレンズ形状であっても良い。
【０１１０】
本発明の隠蔽構造体８における別の実施の形態として、図２６に示されるように、線状レンズ１４の隙間にマイクロレンズ１６を形成しても良い。または図２７に示されるように、線状レンズ１４を覆う形でマイクロレンズ１６を形成することも出来る。マイクロレンズ１６は全方位に光を拡散し、また全方位に光を集光する特徴を有する。従って、線状レンズ１４によって光偏向要素１８を第１の方向に対して角度θへと線状化し、マイクロレンズ１６によって全方位へと光を拡散することで隠蔽性が向上する。一方で、線状レンズ１４は一方向に集光性を発揮し、マイクロレンズ１６によって全方位に集光性を発揮する。線状レンズ１４とマイクロレンズ１６との組み合わせにおいては、特に図２７で示されるような、線状レンズ１４を覆う形でマイクロレンズ１６が形成されることが望ましい。隠蔽性、集光性という光学特性のみならず、ドット状に配置されるマイクロレンズ１６によって耐擦性も向上するためである。
隠蔽構造体８の第１主面１３ａの面積に対して、マイクロレンズ１６が占める割合は、十分な耐擦性を得るためには２％以上であることが望ましく、隠蔽性を高めるには更に１０％以上であることが望ましい。一方でマイクロレンズ１６が占める面積が高くなると、線状レンズ１４による隠蔽性の向上効果が薄れる。マイクロレンズ１６の占める面積は６０％以下が望ましく、更に望ましくは４０％以下である。
【０１１１】
ここまで、本発明の第１、及び第２の実施形態における隠蔽構造体８について詳細に述べたが、照明装置３の構成については図１に示される構成に限定されない。すなわち、本発明の実施形態において、導光板７の上に隠蔽構造体８を配し、更にその上にスプリット構造体２０、及び拡散性光学シート２８を配した例を述べてきたがこれに限らない。特に隠蔽構造体８において、線状レンズ１４だけでなく第２の線状レンズ１５を加えることで、隠蔽性、および集光性が高まる。従って、スプリット構造体２０を省略することも出来る。または拡散性光学シート２８を、省略するか拡散シートへと置き換えることも出来る。
【０１１２】
本発明の照明装置３を構成する隠蔽構造体８は、透光性の基材１３の第1主面１３ａに、線状レンズ１４、及び第２の線状レンズ１５、またはマイクロレンズ１６が、第２主面１３ｂにはマイクロレンズ１９が、UV硬化樹脂や放射線硬化樹脂等を用いて成形されるか、またはＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）、ＰＡＮ（ポリアクリロニトリル共重合体）、ＡＳ（アクリロニトリルスチレン共重合体）等を用いて、当該技術分野では良く知られている押出成形法、射出成型法、あるいは熱プレス成型法によって一体で形成する。第２主面１３ｂはマイクロレンズ１９を省略し、粗面化しても良い。またスプリット構造体２０も隠蔽構造体８と同様の製法で作製することが出来る。
【０１１３】
画像表示素子２は、画素単位で光を透過／遮光して画像を表示する素子であることが好ましい。画素単位で光を透過／遮光して画像を表示するものであれば、本発明の照明装置３により、観察者側Ｆへの輝度が向上され、光強度の視角度依存性が低減され、さらに、光偏向要素１８の視認性が低減された光を有効に利用して、画像品位の高い画像を表示させることができる。
画像表示素子２は、液晶表示素子であることが好ましい。液晶表示素子は、画素単位で光を透過／遮光して画像を表示する代表的な素子であり、他の表示素子に比べて、画像品位を高くすることができるとともに、製造コストを低減することができる。
【０１１４】
以上、本発明の照明装置３、並びに表示装置１について説明したが、本発明の照明装置３は表示装置１のみに適用されるものではない。すなわち光源６から射出された光を効率的に集光する機能を有する照明装置３として例えば照明機器などにも使用できることは想像に難しくない。
以下、実施例に基づいて本発明について詳細に説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。
（実施例）
【０１１５】
まず本発明に係る隠蔽構造体８の検証を行った。
隠蔽構造体８の第１主面１３ａに形成する凸レンチキュラーレンズ１４を数１３より設計した。単位レンズのレンズ幅ＰＬ１が５０μｍ、レンズ高さＴＬ１が２８μｍ、頂部フィッティング曲率半径が１１μｍ、最大角αが６８度となるような形状とし、これを第１の凸レンチキュラーレンズ１４とした。
【０１１６】
第２の凸レンチキュラーレンズ１４として、単位レンズのレンズ幅ＰＬ１が５０μｍ、レンズ高さＴＬ１が２４μｍ、頂部フィッティング曲率半径が１１．５μｍ、最大角αが５８度となる形状とした。
【０１１７】
第３の凸レンチキュラーレンズ１４として、単位レンズのレンズ幅ＰＬ１が５０μｍ、レンズ高さＴＬ１が２０μｍ、頂部フィッティング曲率半径が２１μｍ、第１主面１３ａとのなす最大角αが６８度となる形状とした。
【０１１８】
第４の凸レンチキュラーレンズ１４として、単位レンズのレンズ幅ＰＬ１が５０μｍ、レンズ高さＴＬ１が１８μｍ、頂部フィッティング曲率半径が２５μｍ、第１主面１３ａとのなす最大角αが６８度となる形状とした。
【０１１９】
第５の凸レンチキュラーレンズ１４として、単位レンズのレンズ幅ＰＬ１が５０μｍ、レンズ高さＴＬ１が３３μｍ、頂部フィッティング曲率半径が４．５μｍ、第１主面１３ａとのなす最大角αが６８度となる形状とした。
【０１２０】
第６の凸レンチキュラーレンズ１４として、単位レンズのレンズ幅ＰＬ１が５０μｍ、レンズ高さＴＬ１が２２μｍ、頂部フィッティング曲率半径が４．５μｍ、第１主面１３ａとのなす最大角αが５３度となる形状とした。
【０１２１】
上記第１から第６の凸レンチキュラーレンズ１４を、ポリカーボネート樹脂を用いて基材１３と同時に押出成形により隠蔽構造体８を得た。ここで基材１３の第２主面１３ｂにはマット面を形成した。
【０１２２】
スプリット構造体２０として、ポリカーボネート樹脂による押出成形より得られた頂角が９０度である三角プリズムシートを用意した。三角プリズムレンズのピッチは５０μｍ、高さは２４μｍ、先端は曲率半径が約１μｍの丸みを帯びた形状である。
また拡散性光学シート２８として、３Ｍ社製のＤＢＥＦ−Ｄを用意した。
【０１２３】
導光体７はアクリル樹脂製の４ｍｍ厚の導光体７を用意した。導光体７の光偏向面１７には、光偏向要素として白色の拡散反射性ドットが印刷されており、第１の方向へピッチＰ１が約１．５ｍｍ、第２の方向へピッチＰ２が約２．６ｍｍで二次元的に配列され、最近接の３つの光偏向要素１８を結んだ形状がおおよそ正三角形となる六方配置で配列される。導光体７の４つの端面のうち、観察者側Ｆから見て上下にあたる長辺の端面には、光源６として白色ＬＥＤが多数設置されてなり、導光体７の光偏向面１７側には、更に白色の光反射シート５が設置される。ここで、第１の方向とＬＥＤ６が配置される導光体７の長辺とが一致し、第２の方向と導光体７の短辺が一致するよう配置される。
光偏向面１７に形成される光偏向要素１８の大きさは、ＬＥＤ６が配される長辺の端面に近いものほど小さく、光偏向面１７の中心に近づくほど大きくなり、長辺の端面に最も近い光偏向要素１８から第２の方向へピッチＰ２の５ピッチ分の領域内に配される光偏向要素１８の幅の平均値Ｄは約０．４５ｍｍであった。
【０１２４】
導光体７の光射出面側に、第１から第６の凸レンチキュラーレンズ１４を備える隠蔽構造体８、スプリット構造体２０、ＤＢＥＦ−Ｄ２８の順番で積層することで、照明装置３が得られた。
更に照明装置３の観察者側に液晶パネル２を設置し、表示装置１が得られた。表示装置１の水平視野方向と第１の方向とが一致し、垂直視野方向と第２の方向とが一致するよう配置される。
【０１２５】
第１から第６の凸レンチキュラーレンズ１４による線状化の方向と、第１の方向とのなす角度を変化させ、表示装置１の輝度ムラ、及び正面輝度の評価を実施した。正面輝度の評価としては、トプコン製のＳＲ−３Ａ（分光放射輝度計）を用いて測定した。その結果を表１、及び表２に示す。
【表１】
2011086719.tif 000029
【表２】
2011086719.tif 000030
【０１２６】
表１には第１の凸レンチキュラーレンズ１４から第３の凸レンチキュラーレンズ１４を、線状化の方向と第１の方向とのなす角度θを０度から４０度まで変化させた場合の正面輝度、及びムラの評価結果を示している。比較として、隠蔽構造体８の代わりに、恵和社製の拡散フィルム（ＢＳ９１２）を配した場合の評価結果を以下に示す。
正面輝度値＝４２９［ｃｄ／ｍ２］
光偏向要素１８に起因する輝度ムラはなく、ムラ評価を○とした。
【０１２７】
表１を見ると、第１の凸レンチキュラーレンズ１４と第３の凸レンチキュラーレンズ１４を備えた構成においては、角度θが１０度〜１５度の場合と、３０度の場合とで、輝度ムラが生じず良好な結果が得られた。角度θが１０度である場合は、角度θが０度である場合とほとんど輝度は変わらないが、角度θが３０度である場合は大きく輝度低下を起こすことを確認した。しかしながら角度θが３０度である場合においても、拡散フィルムＢＳ９１２を配した場合の正面輝度よりも約５％の輝度上昇効果が得られた。
【０１２８】
第２の凸レンチキュラーレンズ１４を備えた構成においては、角度θが１５度の場合と、３０度の場合とで、輝度ムラが生じず良好な結果が得られた。第１の凸レンチキュラーレンズ１４、及び第３の凸レンチキュラーレンズ１４との違いとして、単位レンズの最大角αが５８度であるため、輝度ムラが生じない角度θは１５度程度となった。
結果として、第１の凸レンチキュラーレンズ１４から第３の凸レンチキュラーレンズ１４を備えた表示装置１は、従来の拡散フィルムを用いた構成に比べて、輝度ムラが同等で、正面輝度の高い構成を得ることが出来た。特に第１の凸レンチキュラーレンズ１４を備えた構成は、角度θが１０度と小さく、また第３の凸レンチキュラーレンズ１４に比べても高輝度な結果となり、最も良好なレンズ形状であった。一方、角度θが３０度の場合においても輝度ムラが抑制された表示装置１が得られ、正面輝度も拡散フィルムＢＳ９１２を配した構成と比べて３〜５％の輝度上昇効果を得ることが出来た。
【０１２９】
次に表２には、第４の凸レンチキュラーレンズ１４から第６の凸レンチキュラーレンズ１４を線状化の方向と第１の方向とのなす角度θを０度から４０度まで変化させた場合の正面輝度、及びムラの評価結果を示している。
第４の凸レンチキュラーレンズ１４を備えた構成は、輝度ムラは角度θが１０度の場合と３０度の場合とで得られる結果であるが、正面輝度は低いものであった。角度θが１０度の場合においても、従来の拡散フィルムを用いた構成とほとんど同等の正面輝度であった。
第５の凸レンチキュラーレンズ１４を備えた構成は、角度θが０度における正面輝度は高いレンズ形状であるが、輝度ムラが良好となる角度θは３０度であった。拡散フィルムを用いた従来の構成に比べると輝度は高いものの、第１から第３の凸レンチキュラーレンズ１４を備えた構成は、角度θが１０度乃至１５度程度で輝度ムラが良好であるため、比較して輝度が低い結果となった。
第６の凸レンチキュラーレンズ１４を備えた構成は、角度θを変化させても光偏向要素１８に起因する輝度ムラが解消されない結果となった。
【０１３０】
以上の結果から、第１から第３の凸レンチキュラーレンズ１４を備えた隠蔽構造体８を配した構成において、高輝度で、輝度ムラの生じない表示装置１を得ることが出来た。また凸レンチキュラーレンズ１４による線状化の方向と第１の方向とのなす角度θが１０度乃至１５度程度であったため、視野の歪みも生じない良好な表示装置１を得ることが出来た。
また第５の凸レンチキュラーレンズ１４を備えた隠蔽構造体８を配した構成においては、従来構成に比べれば高輝度で、輝度ムラの生じない表示装置１を得られたものの、第１から第３の凸レンチキュラーレンズ１４を備えた構成と比べると、輝度も低いものであった。
【０１３１】
ここで第１の凸レンチキュラーレンズ１４と第２の凸レンチキュラーレンズ１４との隠蔽性の差について検証した。
本実施例で用いた導光体７の厚さＴは４ｍｍであり、屈折率ｎ０は約１．５である。光偏向面１７に形成された光偏向要素１８は第１の方向にピッチＰ１が約１．５ｍｍで配列し、第２の方向にピッチＰ２が約２．６ｍｍで配列してなる二次元配列であって、近接した３つの光偏向要素１８を結んだ形状はおおよそ正三角形となる六方配置である。そして、光源６近傍の光偏向要素１８の平均幅Ｄは約０．４５ｍｍである。
一方で第１、及び第２の凸レンチキュラーレンズ１４を備えた隠蔽構造体８は屈折率が約１．５９であるポリカーボネート樹脂により押出成形されてなる。第１の凸レンチキュラーレンズ１４の最大角αは約６８度であり、第２の凸レンチキュラーレンズ１４の最大角αは約５８度である。
【０１３２】
第１、及び第２の凸レンチキュラーレンズ１４の線状化効果について、式９から式１２、及び図１８を用いて検証する。すなわち、図１８に示される、第１の方向に隣合う光偏向要素１８が第１の方向に対して角度θだけ傾いて線状化され、その２つの線状光Ｍの距離ｂと、角度θだけ傾いた線状光Ｍが第１の方向に配列し、擬似的に第２の方向の幅がＹである長い線状光Ｎ６が第２の方向へピッチＰ２／２で配列しているとみなした際の、２つの長い線状光Ｎ６の距離ｃについて計算を行った。その結果を表３に示す。
【表３】
2011086719.tif 000031
【０１３３】
式９から求められる隣り合う２つの線状光の距離ｂは、角度θが０度である場合は完全に光偏向要素１８の幅で重なるため、−Ｄの値となる。角度θが大きくなるにつれ、ｂの値は大きくなり、１６度の際に０となる。そして角度θが２０度になると、０．１ｍｍの間隔が空くこととなり、輝度ムラが確認されることとなる。
一方で式１０から求められる、第２の方向で隣合う、幅がＹである長い線状光Ｎ６間の距離ｃは凸レンチキュラーレンズ１４の最大角αによって変わることとなり、これが第１の凸レンチキュラーレンズ１４と第２の凸レンチキュラーレンズ１４との隠蔽性の差である。すなわち、表３に示されるように、最大角αが６８度である第１の凸レンチキュラーレンズ１４の場合においては、数２が成立する角度θは８度以上であり、一方で最大角αが５８度である第２の凸レンチキュラーレンズ１４の場合においては、数１０が成立する角度θは１１度以上となる。
従って、最大角αが６８度である第１の凸レンチキュラーレンズ１４を備えた構成において、式９、及び式１０の双方を満たす条件としては角度θが８度以上１６度以下の範囲であり、一方で最大角αが５８度である第２の凸レンチキュラーレンズ１４を備えた構成においては、角度θが１１度以上１６度以下の範囲となる。
【０１３４】
ここまで凸レンチキュラーレンズ１４の最大角αによる光偏向要素１８の隠蔽性について説明したが、隠蔽性に効果のある凸レンチキュラーレンズ１４のパラメータは最大角αだけではない。上述したように凸レンチキュラーレンズ１４の頂部フィッティング曲率半径ＲＬ１、高さＴＬ１、そして断面形状の各点の接線角度の変化率などを含めて最適なレンズ形状とすることが重要である。
【０１３５】
また本実施例では、使用した導光体７と該導光体７の光偏向面１７に形成された光偏向要素１８との条件において最適な角度θを算出したが、当然ながら導光体７や光偏向要素１８が変われば最適な角度θも変わることに気をつけなければならない。本発明者らは実施例で使用した導光体７以外にも、複数の導光体７を用いた表示装置１の輝度ムラ、及び正面輝度について評価した。導光体７の厚さが４ｍｍで第１の方向にピッチＰ１が約１．１ｍｍ、Ｐ２が約１．９ｍｍ、光偏向要素１８の幅Ｄが０．４５ｍｍである場合においては、凸レンチキュラーレンズ１４の最大角αが６８度である隠蔽構造体８を用いた場合、線状光と第１の方向とのなす角度θが５度以上で、輝度ムラのない高輝度な表示装置１を得ることが出来た。
このように導光体７のパラメータが変わっても、式９から式１２を満足する角度θと、隠蔽性と集光性とを高める凸レンチキュラーレンズ１４とを備え、また最適なスプリット構造体２０、及び拡散性光学シート２８と組合わせることで、輝度ムラがなく高輝度な照明装置３、該照明装置３を備えた表示装置１を提供することが可能となる。
【符号の説明】
【０１３６】
Ａ、Ｂ、Ｃ…凸レンチキュラーレンズ形状式の係数、Ｄ…光偏向要素の幅（径）、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３…入射光、Ｆ、Ｆ’…観察者側、Ｋ…光、ｎ、ｍ…１から１０の整数、ｎ０…導光体の屈折率、ｎ１…凸レンチキュラーレンズの屈折率、Ｌ…線状光の長さ、Ｍ、Ｍ０…線状光、Ｎ、Ｎ０、Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４、Ｎ５、Ｎ６…長い線状光、Ｔ…導光板の厚み、Ｐａ…凸レンチキュラーレンズと基材との接点、Ｐｂ…Ｐａから単位ピッチの５％離れた点、Ｐ１…第１の方向の配列ピッチ、Ｐ２…第２の方向の配列ピッチ、ＰＬ１…線状レンズの単位レンズピッチ、ＲＬ１…頂部フィッティング曲率半径、ＴＬ１…線状レンズの高さ、ａ、ｂ、ｃ、Ｙ…隠蔽性を説明するパラメータ、α…線状レンズの最大角、θ…線状化光と第１の方向とがなす角度、θｉ…隠蔽構造体への入射角、１…表示装置、２…液晶パネル、３…照明装置、５…反射板（反射シート）、６…光源、７…導光板（導光体）、８…隠蔽構造体、９…液晶層、１０、１１…偏光板、１３…基材、１３ａ…第１主面、１３ｂ…第２主面、１４…線状レンズ、１５…第２の線状レンズ、１６…マイクロレンズ、１７…光偏向面、１８…光偏向要素、１９…マイクロレンズ、２０…スプリット構造体、２３…基材、２３ａ…第３主面、２３ｂ…第４主面、２４…スプリットレンズ、２８…拡散性光学シート、１００…点光源、１８２…液晶パネル、１８４…面光源、１８５…ＢＥＦ、１８６…透明部材、１８７…単位プリズム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【国際調査報告】
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